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ABB ACS600多传动变频器电源系统稳压供电实现

2019/2/19    来源:互联网    作者:郑礼中  衡润来  苏永琢      
关键字:ACS600变频器  直流UPS  稳压供电  
针对ABB ACS600多传动变频器电源系统特点,依据直流UPS补偿作用原理,给出了变频器电源系统稳压供电的解决方案。

0 引言

    某钢铁公司2JHJ不锈钢连续退火酸洗处理线传动系统采用ABB公司ACS600型变频器实现多传动控制。ACS600型变频器是该不锈钢处理线电气控制系统的重要组成部分。本文重点研究ACS600型变频器电源供电单元,保证其稳定供电,对传动系统实现稳定、经济运行有着重要意义。

1 ABB ACS600型变频传动系统简析

    ABB ACS600全数字多传动交流变频系统能够适应宽电压范围(380~690V)、大功率负载(22~630kW)以及高防护等级(IP00~IP54)的运行环境。该型变频器内部设计有进线电抗器,能够有效地抑制高次谐波对电网的影响;此外该系统还具有制动功能,能够为磁通制动或含有制动斩波器和制动电阻的动态制动设计提供有效的制动功率,可将再生能量回馈至电网,避免制动电阻消耗,能够满足持续回馈负载或大惯性负载减速环境下的使用要求。

    ABB ACS600系统硬件由供电部分、制动部分以及传统部分组成,其中供电部分又分为辅助控制单元(ACU)、进线单元(ICU)以及二极管整流单元(DSU)。系统硬件结构如图1所示。该处理线ABB ACS600传动系统变频器软件版本号为AMXR7000,DSU单元相关软件描述分别如下所示:

    图2为DSU单元软件描述,图3和图4分别为DSU单元交流电压测量和欠压报警部分的软件描述。由图3和图4可知输入交流电压的额定值通过NDSC控制板上的S1选择开关选定,其欠压报警阈值为电网额定电压的60%。当电网电压低于额定电压的60%时,触发脉冲封锁,DSU单元保护性关机并发出报警信号。

ABB ACS600硬件组成示意图

图1 ABB ACS600硬件组成示意图

DSU软件描述

图2 DSU软件描述

DSU单元交流电压测量部分软件描述

图3 DSU单元交流电压测量部分软件描述

DSU单元交流电压欠压报警部分软件描述

图4 DSU单元交流电压欠压报警部分软件描述

    图5为直流母线电压UC测量部分的软件描述。

    根据ABB ACS600型变频器用户手册可知,当直流母线电压高于1.3Umax或低于0.6Umin时均可引起变频器保护性跳闸,详见表1。

DSU单元直流母线电压测量部分软件描述

图5 DSU单元直流母线电压测量部分软件描述

表1 变频器跳闸电压与直流母线电压对应表

变频器跳闸电压与直流母线电压对应表

    图6为DSU单元辅助电压欠压报警部分软件描述。由图6及ABB ACS600型变频器用户手册可知,MPFP为主电源监控信号,当主电源出现故障时,该信号被置位。如果在DSU单元正常工作时,MPFP信号被置位,DSU单元将故障跳闸。如果DSU单元处于待机状态时,MPFP信号被置位,将只产生报警信号。

    辅助单元跳闸电压如表2所示。

DSU单元辅助电压欠压报警部分软件描述

图6 DSU单元辅助电压欠压报警部分软件描述

表2 辅助单元跳闸电压与控制电压对应表

辅助单元跳闸电压与控制电压对应表

2 系统实现

    该钢铁公司2JHJ不锈钢连续退火酸洗处理线传动系统设备装机总量为3780kVA。由前文所述内容可知:当电网电压出现瞬间大幅凹陷或毫秒级断电时,变频器立即保护性跳闸,此时生产线失去动力源,相关设备停止运行,这将产生大量废品甚至导致人身事故。

    本文在详细研究ABB ACS600型变频器原理的基础上,提出了采用普通碱性电池作为直流UPS,在电网欠压瞬间对传动电源实施时长为300ms欠压补偿这一解决方案,成功地实现了ABB ACS600多传动变频器电源系统稳压供电。该方案如图7所示。

    由图7可知,输入电源为AC 380V,输出部分为两路:一路是AC 380V,另一路是与直流母线电压相当的直流电源,直流电源电压的大小取决于电池串联的个数。一般情况下,变频器控制电源质量经过整流逆变过程后得到净化。当电网电压跌落时,电池组补充供电,以保证变频器控制电源电压稳定,此时电池组图7变频器直流母线欠压补偿示意图相当于普通的UPS。当电池组直流电压低于母线正常电压且高于变频器跳闸门坎电压时,鉴于二极管单向导通特性,直流母排不会向电池组充电。当直流母排停电时,直流电压快速下降,电池组立即进行补偿供电,实现了直流母线稳压供电。

    该钢铁公司2JHJ不锈钢连续退火酸洗处理线共分四段直流母线:TA段、TB段、TC段以及TD段。各段直流母线参数如表3所示。

表3 直流母线设计参数表

直流母线设计参数表

    根据各段直流母线设计参数及本文作者所提出的解决思路,各段直流母线欠压补偿设计方案如表4所示。

表4 各段直流母线欠压补偿设计参数表

各段直流母线欠压补偿设计参数表

    现以TD段直流母线欠压补偿装置为例介绍其工作原理,其他各段补偿装置均与此相同。TD段直流母线欠压补偿装置如图8所示。

TD段直流母线欠压补偿原理图

图8 TD段直流母线欠压补偿原理图

    由图8可知,TD整流单元电源开关闭合后,即将三相电源送往新增直流控制柜。直流控制柜空气开关QS闭合后,充电器开始向电池组充电,同时直流接触器KM得电吸合。由于直流母线正常电压高于电池组电压,此时电池组不会向直流母线供电,由于二极管的单向导通特性,直流母线也不会向电池组充电。当电网电压出现瞬间大幅凹陷或断电时,直流母排电压瞬时大幅下降,二极管正向导通,电池组立即进行补偿供电,供电时间取决于实际输出直流电流的大小。如输出电流为3000A时可供电500ms左右;输出电流为1000A时可供电3000ms左右。如果电网长时间断电,TD整流电源开关由于失压自动关断,直流控制柜中失电检测电路同时断开电池组与母线之间的连接,直流母线停止向电池组充电,同时也避免电池组过放电。本装置自身具有过流保护、过压保护、短路保护、接地保护及与传动柜整流部分联锁保护功能。当补偿装置出现故障时,直流输出接触器自动断开,变频器由直流母排直接供电,不受补偿装置故障影响。

3 110kV电源录波记录数据

    机组某时间段110kV电源录波记录数据如图9所示。该时间段内电网出现8次电压跌落,最大跌幅超过80%,时长176ms,机组各段变频器均未出现跳闸现象,这充分证明本文所述解决方案合理、有效。

110kV电源录波记录数据

图9 110kV电源录波记录数据

4 结束语

实践表明,本文提出采用普通碱性电池作为直流UPS,在电网欠压瞬间对传动电源实施时长为300ms欠压补偿这一解决方案,能够成功地实现ABB ACS600多传动变频器电源系统稳压供电。该方案改造成本低,维护简便,系统稳定性强,能够彻底消除电网欠压产生的影响,满足不锈钢处理线连续性生产的要求,具有工程应用价值。

责任编辑:邓忠帅
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