GE软启动控制系统启动顺序不正常结束原因分析--控制网



GE软启动控制系统启动顺序不正常结束原因分析
企业：控制网 日期：2009-05-18
领域：工业安全 点击数：1650







付春钢

男，毕业于北京科技大学机械电子工程专业，硕士学位，现任济南钢铁集团自动化部高级工程师，主要研究方向为电气自动化。

摘要：本文介绍了GE公司同步电动机软启动系统采用帕特尔开关变压器软启动装置的启动过程，针对GE软启动控制系统启动顺序不能正常结束的故障进行了详细地分析，并给出了解决方法。

关键词：帕特尔；降压软启动；GE励磁控制

Abstract: This article introduces the start sequence and phase diagram of GE synchronous
 motor softstarter control system with the starter apparatus of pattern choppingtransformer,
 analyzes the fault of “incomplete sequence trip”, and gives our solution to this problem.

Key words: Pattern; variable-voltage soft-starter; GE ESP1

1 系统概述

    济钢气体公司4#2万制氧机空压机采用9500kW同步电动机驱动，该电机选用软启动装置时考虑到成本和性价比，并根据国内同类设备的启动和运行经验，选择了帕特尔开关变压器软启动装置，该系统主回路原理图如图1所示。


图1   主回路原理图

    软启动装置的工作原理仍然是降压限流，但采用了电流闭环调节，电流的限幅值可调节，其原理是用开关变压器来隔离高压和低压，开关变压器的高压绕组与电机串联，低压绕组与可控硅和控制系统相联，由PLC输出的调节量来控制可控硅的导通与截止，通过改变其低压绕组上的电压来改变其高压绕组电压，从而达到改变电机端电压的目的，以实现电机的软启动。开关变压器较好的改善了大型同步电动机异步降压启动的性能，但对于要求启动力矩较大的大型压缩机类设备、大型蓄水储能电站等，仍无法取代传统的LCI装置，该类软启动装置的启动容量目前已达60000kW。

    9500kW同步电机的电气控制系统包括两部分，一个是帕特尔开关变压器的控制，采用的是西门子S7-200系列PLC，另一个是同步电动机的励磁控制，采用的是GE公司的Logic Master90-30系列PLC，系统正常启动过程如下：

    手动合上启动隔离断路器，使主回路具备启动条件，整个启动过程是在励磁控制系统PLC的协调控制下完成的，不过帕特尔开关变压器软启动装置的PLC如果检测到本身出现故障或启动过程已经结束，可以发出启动断路器的分闸命令。

    励磁控制系统ESP1接收来自DCS的启动命令后，如果帕特尔开关变压器软启动装置正常，发出启动断路器合闸命令，同步电机在帕特尔开关变压器软启动装置控制下限流异步启动，当电机转速达到1350RPM（90%额定转速）后，励磁控制系统发出运行断路器合闸命令，同步电机投全压异步启动加速，当电机加速到1470RPM（98%额定转速）后，励磁控制系统发出了励磁使能信号，励磁电流建立，电机被牵入同步，为了提高牵入同步时的转矩，投励时维持约2秒的强励电流，发出励磁使能信号7秒后，励磁控制系统ESP1向DCS发出允许加载信号，启动过程结束。

    启动过程时序图如图2所示。

                                 图2   启动过程时序图

    系统投入运行后，多次在启动过程中出现“Incomplete sequence trip启动顺序不完整跳闸”，影响了系统的正常启动和可靠运行。

2 故障现象及解决方法

    故障现象：

    DCS发出启动命令约25-29秒后，电机投励并正常并网，但又过3-4秒后，励磁柜的ESP1面板报“Incomplete sequence trip”，电机运行断路器跳闸。

    故障分析：

    检查发现电机并网投励后，DCS一直没有收到允许加载信号，进一步检查程序确认故障是由信号INCSEQ（M257）引起的，该信号是已并网信号（M201）到达INCSTPS（R130）设定的33秒后，允许加载信号（Q5）仍未到造成的，而并网信号（M201）在发出启动命令，启动断路器合闸后已经到达，说明故障是由于启动时间超过了监控允许时间造成的。

    解决方法：

    调整了空压机的入口导叶，减少电机的启动负荷，再次启动正常，启动过程的时间为23秒。

    虽然故障已经消除，但电机已经并网投励，启动过程本已经结束，为什么还会因“Incomplete sequence trip”动作跳闸呢？这个保护动作逻辑需要进一步分析。

3 程序的进一步分析

    故障信号“Incomplete sequence trip”的产生逻辑如图3所示。

                                                图3

    其中MONLINE（m201-Motor on line电机并网）启动命令已经发出，根据发生的故障现象，INCSEQ（M257-Incomplete sequence trip 不完全启动顺序跳闸）输出的原因就是并网信号MONLINE（M201）到达INCSTPS（R130-Incomplete sequence trip time preset启动顺序不完整跳闸时间预设）计时器的设定时间33秒后允许加载信号（Q5）仍未到。

    而允许加载信号（Q5）的逻辑如图4所示。

                                         图4
    其中：

    MSCTPS（R129-Motor synchronized time preset电机同步时间预设）为20 ，表示2秒。

    SGENABL（M268-slipguard enable滑差使能）在励磁使能信号（Q2）到达后5秒由“0”变为“1”。

    FSYNON（M330-field synchronizing current on同步励磁电流投入）在励磁使能信号（Q2）到达后2秒由“1”变为“0”。

    因此可以推出，加载信号（Q5）应在励磁使能信号（Q2）到达后7秒产生。

    励磁使能信号（Q2）的逻辑如图5所示。

                                         图5

    其中，READY（Q1－exciter control ready励磁控制准备好）在电机启动前已经有效，DCS发出启动命令后，电机启动断路器闭合，MONLINE（M201）已经有效，因此当电机在启动过程中的速度大于1470RPM时，AFSPEED（M329-apply field by speed按速度投励）有效，并发出了励磁使能信号，于是电机建立励磁电流，牵入同步。

    MONLINE（M201  motor is on line电机并网）信号的逻辑如图6所示。

                                          图6

    只要电机启动断路器合闸返回信号RUN_BKR（I002）或电机并网运行断路器合闸返回信号STR_BKR（I001）有一个到达，MONLINE就有效，在启动过程中，启动断路器合闸后MONLINE有效，当电机转速达到1350RPM时，运行断路器先合闸，然后启动断路器断开，因此MONLINE仍然保持。

    对故障发生的过程回放如下：

    如果因为某种原因导致电机降压异步启动到1470RPM的时间超过了26秒，那么按照程序逻辑，从发出电机启动命令到发出电机加载信号的时间就会超过33秒，于是即使电机已经投励并网，系统仍然会因故障“Incomplete sequence trip”而跳闸。

    根据上述分析，归纳该故障的解决方法如下。

    (1) 设法减小电机启动时间，如关入口导叶，提高10kV母线电压等，使它小于26秒。

    (2) 根据情况，适当增大INCSTPS（R130-Incomplete sequence trip time preset不完全启动顺序跳闸时间预设）的值，可以从33秒增加到38秒，以补偿电机启动时间增加的影响。

    (3) 修改程序，判断电机励磁已经建立（Q2输出）并且并网运行断路器合闸返回点（I001）已经到达，故障输出INCSEQ就被屏蔽而不再起作用。

4 结论

    基于降压限流异步启动原理的大型同步电动机存在因启动负荷增大，造成电机启动时间过长，启动过程电机过热保护逻辑动作，启动不成功的问题，问题的彻底解决需要正确理解程序中的电机启动保护逻辑。
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