一种轴流压缩机的变频软起动系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及轴流压缩机的起动控制，具体设及一种轴流压缩机的变频软起动系统 及其方法。
【背景技术】
[0002] 轴流压缩机是炼铁过程中的核屯、动力设备之一，功率大，能耗高，一般采用静叶可 调机构。对于整个钢铁企业而言，轴流压缩机的运行状况与高炉的产量、效益、安全息息相 关。轴流压缩机其控制效果合理、完善与否，在很大程度上决定了能否充分发挥鼓风机的潜 能，W保证高炉炉况安全、稳定、高效地运行所必需的风源。
[0003] 用于驱动轴流压缩机的原动机一般有两种：一种是汽轮机，另一种是电动机。由 于汽轮机驱动方式需要依赖稳定的蒸汽供应，甚至需要建设专用锅炉等配套设施，无论从 成本、效率还是调节性能上，都远逊于电动机驱动，因此电动机驱动方式被钢铁行业普遍采 用。异步电动机由于其结构简单可靠，物美价廉，在众多电动机驱动领域占有绝对的优势。 但在大容量电动机领域，同步电动机具备优异的功率因数和效率特性，正在逐步取代异步 电动机的应用范围。
[0004] 然而，企业内部电网负载率越高、短路容量越小、与电力系统的连接越弱，其抗干 扰或故障的能力也越低，其系统越脆弱，尤其是企业建设的孤立自备电厂，其情况更加恶 劣。电动机起动问题是系统脆弱性的一个重要威胁：异步电动机起动，同步电动机的失步、 整步、异步再起动等对内部电网都会造成冲击，引起电压和频率下降，同一电网中的其他高 压电动机负荷可能因此停转，生产效率大幅降低，残次品率大幅上升，严重时会导致大量负 荷跳闽，造成极大的经济损失。 阳0化]轴流压缩机的额定功率可达4000kW~SOOOOkW,电动机通常采用IOkV电源供电。 根据国标《电能质量供电电压偏差》GB 2325-2008中4. 2条规定：20kV及W下S相供电电 压偏差限值为标准值的±7%。因此，如何将轴流压缩机起动时的电压下降限制在-7% W 内，是维护企业内部电网稳定的核屯、要求。
[0006] 工业生产的大规模化，带动着电动机向大容量方向高速发展，工业装备单机制造 能力也日益提高，而且在大容量领域，异步电动机正在逐步被同步电动机替代。电力电子技 术和自动控制技术的发展对电动机向大容量方向发展也起到了推动作用。
[0007] 尽管电动机向大容量方向发展地同时也伴随着各种性能参数地优化，但是异步 电动机，在起动瞬间的低功率因数问题和低起动力矩问题却无法得到很好的解决。而同步 电动机往往只能依靠自带阻尼绕组，采用与异步电动机相同的起动方式，存在同样的问题。
[0008] 一般情况下，电动机直接起动时的功率因数可能低到0. 4 W下，感性起动电流高 达额定电流的6~8倍，无疑给脆弱的电网带来巨大的无功负荷冲击，其造成的结果可想而 知。运种特性是电动机的结构所决定的，不能改变。
[0009] 目前对轴流压缩机的电动机已经采用了 一种固态降补软起动方式，能够将感性起 动电流限制到额定电流的1. 5~2倍W内，并且采用无功补偿的方法来提高电动机起动时 的功率因数，但运种方式存在如下问题：
[0010] (1)装置的额定容量必须大于电动机的额定容量，装置利用率低；
[0011] (2)起动完成切换至额定电压时，存在二次冲击电流；
[0012] (3) -次开关柜数量较多，二次接线和联锁复杂；
[001引 （4)电动机起动转矩T与起动电压U的平方关系成正比，输出转矩大幅下降；
[0014] (5)应用于同步电动机异步起动时，仅能利用阻尼绕组提供起动转矩，起动性能明 显低于异步电动机，牵入同步时还会产生自同步冲击；
[0015] (6)每次起动前预充电时间较长，连续两次起动之间的间隔时间较长。
[0016] 另外，对于需要运行调速的负荷，工业上也采用了变频器驱动的方案，但在运种应 用中，变频器的额定容量必须大于电动机的容量。
[0017] 对于轴流压缩机的电动机，它的起动要满足起动时电压下降的要求，而由于负荷 在起动时会因为静叶开度的不同而发生变化，它的起动方式可W利用运些特点专口研究解 决方案。
【发明内容】
[0018] 本发明的目的在于提供一种轴流压缩机的变频软起动系统及其方法，解决了目前 的轴流压缩机起动方式，起动电流过大，而起动转矩过小，起动效率低，造成电网电压下降 过大，影响电网安全稳定运行的问题。
[0019] 为解决上述的技术问题，本发明采用W下技术方案：
[0020] 一种轴流压缩机的变频软起动系统，包括均连接至母线的1#电源进线柜、2#电源 进线柜、母线PT柜、变频电源柜和工频运行柜，还包括均连接在副线的变频连接柜和变频 起动柜，其中工频运行柜连接至轴流压缩机的电动机，所述变频电源柜经过矢量变频器后 连接变频连接柜，变频起动柜连接至轴流压缩机的电动机；
[0021] 所述1#电源进线柜和2#电源进线柜并联提供电源且互为备用，所述母线PT柜检 测和测量母线运行的电压值，所述变频电源柜为矢量变频器输入电源，所述工频运行柜向 轴流压缩机的电动机提供正常稳定运行状态下的公共电网电源，工频运行柜上设有用于当 矢量变频器输出电压与公共电网完全同步时合闽的同期合闽点，所述变频连接柜连接矢量 变频器和变频起动柜，用于检修隔离，所述变频起动柜用于接通和关断矢量变频器向电动 机的电源输出。
[0022] 进一步的，所述变频起动柜内设有故障灭弧跳闽装置，用于在轴流压缩机的电动 机出现故障的情况下迅速跳闽。
[0023] 一种轴流压缩机的变频软起动方法，包括W下步骤：
[0024] 步骤一，将静叶保持在最小开度，根据轴流压缩机的负载功率和转速曲线，计算出 轴流压缩机的最小起动功率；
[00巧]步骤二，将矢量型变频器的额定功率选择为略大于该轴流压缩机的最小起动功 率，将轴流压缩机的起动电流通过矢量型变频器限制在额定电流内；
[00%] 步骤=，经过矢量型变频器为轴流压缩机供电，在轴流压缩机接近额定转速时，从 矢量型变频器的输入端和输出端分别采集同一线电压，矢量型变频器根据幅值、频率和相 位自动调节输出电压，使矢量型变频器与公共电网的幅值、频率和相位准确同步；
[0027] 步骤四，同步后，将矢量型变频器的输出与公共电网并联，将电动机的供电平滑切 换到公共电网供电，完成轴流压缩机的变频软起动。
[0028] 进一步的，所述轴流压缩机的起动电流是通过矢量型变频器限制在额定电流内 的。
[0029] 进一步的，所述静叶保持在最小开度保持在30°。
[0030] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0031] 1，本软起动系统简化了一次开关柜配置数量，在一次开关柜配置方面，在正常运 行所需开关柜数量的基础上，本发明仅增加了变频电源柜、变频转接柜、变频起动柜共3台 开关柜，配置简单，主接线可靠；简化了二次接线和联锁，在二次接线方面，除变频起动柜和 工频运行柜需要联锁控制合闽、分闽之外，其余开关柜只需柜内接线，不需要互相联锁，使 二次接线大幅简化，提高了可靠性，降低了工程量。
[0032] 2,本软起动方法起动时可W W最小的起动电流产生最大的起动转矩，避免对轴流 压缩机造成二次电流冲击，降低起动装置的容量，提升同步电动机的起动性能，实现将电动 机起动时的电压下降限制在-7% W内，保证了整个轴流压缩机的使用寿命，显著降低了轴 流压缩机的起动对电网产生的冲击。
【附图说明】
[0033]图1为本发明一种轴流压缩机的变频软起动系统的示意图。
[0034] 图2为本发明一种轴流压缩机的变频软起动方法的流程示意图。
[0035]图3为本发明一种轴流压缩机的变频软起动方法一个具体实施例中轴流压缩机 的转速-功率曲线示意图。
【具体实施方式】
[0036] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0037] 图1示出了本发明一种轴流压缩机的变频软起动系统的一个实施例：一种轴流压 缩机的变频软起动系统，包括均连接至母线的1#电源进线柜1AH、2#电源进线柜2AH、母线 PT柜3AH、变频电源柜4AH和工频运行柜5AH，还包括均连接在副线的变频连接柜6AH和变 频起动柜7AH，其中工频运行柜5AH连接至轴流压缩机的电动机，所述变频电源柜4AH经过 矢量变频器后连接变频连接柜6AH，变频起动柜7AH连接至轴流压缩机的电动机；所述1# 电源进线柜IAH和2#电源进线柜2AH并联提供电源且互为备用，所述母线PT柜3AH检测 和