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UPS在带变频器的电动机组上的应用 |
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| UPS在带变频器的电动机组上的应用 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-23 15:19:51  |
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某石化厂有6套大型的冷冻机组。其主驱动为6kV高压电动机，冷却系统辅机采用400 V低压电动机。用基于变频技术的电动机不间断电源系统（MUPS）确保辅机连续不间断运行以维持系统的工艺条件；同时高压主电动机采取失压保护6S延时分闸的措施，这样，当市电发生问题并在6S内及时供电时，机组的主电动机仅有很短的并不影响生产的波动。为此，应设一套能同时对6套机组辅机实现停电保护的MUPS系统，支持时间为大于10 min，以实现系统在瞬时停电工况条件下能安全连续运行。
一、系统基本原理
MUPS原理图见图1。在市电正常时，被驱动的电动机由市电经变频器供电驱动，连接于变频器DC端的直流支撑电源由静态开关KS控制切人。系统电池组GB由市电经充电器实现浮充维护，建立一个备用直流母线。一旦市电的供电发生中断或低电压故障时，KS及可编程序控制器PLC能及时检测到变频器DC端上的低电压趋势。当其超过低压阈值时，KS立即导通、并由PLC锁定，各变频器由直流母线供电，保证了变频器DC端电压的不间断，从而变频器输出不间断。
系统在市电停电后向负载提供的保护时间取决于系统蓄电池组的容量（本案选用了阳光200 Ah/12V Dry400电池39个）。由于实际负载的耗能并未达到额定满载，所以断电支撑时间大于15min。当系统在断电支撑时间内市电来电，并稳定维持一定时间后，PLC首先撤除锁定信号，KS在检测到DC端电压恢复正常后，即时进入阻断状态。当断电时间超出系统支撑时间并引起电池组电压低于允许值时，为保护电池组的安全，系统会及时自行停机。
二、系统配置
1．本案共有6套冷冻机组，其单台辅机电动机的容量为巧kW，选用6台三菱FR—A540—18.5K变频器。变频器DC端电压530V±15%，欠电压保护420 V。
2．用上海隽睿机房设备有限公司研制的100A/1200V静态开关。导通时间小于0.02ms，锁定压降小于3V。
3．充电模块选用高频开关电源冗余配置，自平衡均流设计。充电维护由PLC完成。输人电压为三相380V；输出直流电压为530V，输出电流为15A，均流精度为20%。
4．采用AC/DC冗余的220V控制基础电源，交流供电正常时由交流系统供电，直流系统仅作在线热备用。交流系统停电时，直流备份有动投人。交流输入为三相380 V±15%；直流输人为530 V土30%，输出为22VV±2%。
5．由PLC及触摸屏构成测控系统。PLC为西门子S7-200PLC及扩展模块EM235AD/DA；触摸屏为PWS-1760-CTN，5.7英寸（1英寸=25.4mm）。
三、测控系统工作原理
由于MUPS系统整合了变频器、直流支撑系统的整流充电器（U）、静态开关（KS）；控制电源等一系列的部件，各部件之间有相当严格的控制要求。所以就需要一套完整的、涵盖系统所有条件下的程序，用来协调各部件的工作。一本案选用S7-200PLC作为测控系统的主机，并配以触摸屏作为人机交互接口，以达到包括电池组在内的系统所有运行操作功能的自动化控制和管理。
（一）起动运行
PLC接受到起动信号后，先起动变频器。待变频器起动成功，电动机在设定的频率上正常运行后，变频器向PLC发回信号。PLC接收到该信号后向直流支撑系统送出投用指令，表明一次起动完成。
（二）停车运行
当PLC接受到停车信号后，先向变频器发停止运行信号，等变频器停车成功后，PLC切断直流支撑回路的开关。表明一次停车操作过程全部完成。
（三）市电停电操作
当PLC接受到停电信号后，KS检测到DC端低电压信号，即自动开启电子开关，把直流电源送到变频器的DC端上，变频器得以继续运行；PLC亦即时发出KS锁定指令。这时，KS监视变频器DC端的电压参数，PLC则监测市电来电的情况。当变频器DC端的电压升高、PLC监测到市电来电时，PLC及时撤去KS的锁定指令，KS自动退出并进入阻断状态。
（四）触摸屏、PLC构成人机对话及测控系统
整个系统的每个回路均有独立的PLC担当测控，并被赋予一个唯一的站地址，触摸屏以PPT总线方式访问各PLC，采集有关数据并予以显示监测。整流充电器的参数可以通过触摸屏实现设定修改操作。系统在运行过程中有任何的故障均可在触摸屏上显示。停电记录亦可在上查询。当系统操作发生问题时，如电池组开关在系统运行时未合上、电池组放电接近终止电压等事件，触摸屏都会给出告警提示。电池组在进行维护时，亦能根据能量核对算法对电池组性能进行技术评估，并给出评估参数提请维护人员注意。
四、 MOPS与其他解决方案的对比及自身特点
（一）与其他解决方案的对比
目前，针对电动机动力设备为对象的不停电方案有：
1．MUPS系统；
2．EPS+软起动装置；
3．EPS+软起动装置；
4．柴油发电机系统；
5．两路电源BZT。
上述方案中，（1）、（3）为完全不停电方案，（2）、（5）为短暂停电方案，（4）为较长时间停电，其支撑时间比其他方案要长且几乎不受限制。除超长时间电力支撑指标外，在综合性价比指标上，方案（l）显然是最佳的选择。表1列出了MUPS与其他设备的比较。
（二）自身特点
1．一个系统能同时对多个回路进行保护。到目前已有88回路、电动机装机容量400 kW的工程记录。
2．输出容量大。己完成9回路电动机、容量达785 kW的系统（在运行）。
3．采用该系统后，电动机的所有保护配电—并解决，而不需另外设计和配置电动机配电柜。对有调速要求的电动机，不需任何投入即可实现。
4．按生产工艺的要求，电池后备时间从1min到1h。 |
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