磨煤机是火力发电厂煤粉制备系统的主体设备，其安全、经济运行与整个电厂的安全、经济运行有着紧密的联系。伊敏电厂二期磨煤机叶轮直径3550mm，叶轮重量15吨。由于叶轮直径较大，启动扭矩大，电机鼠笼条损坏很严重，目前采用修复转子笼条方式解决，但无法从根本上杜绝笼条断裂情况，因此需要采取必要的改造措施延长电机使用寿命， 通过计算、仿真后，确定采用高压变频软启动器能达到启动要求，拟安装高压变频软启动器来完成启动，减小对电机的损害。

2. 设备参数

2.1. 参数情况 ：

相关参数：磨煤机电动机功率为1400kW；额定电流179A；定子额定电压6kV，额定转速500r/min；功率因数：0.8；额定转速：497r/min ；转矩基值为2728kg•m；接线方式：YY；电机转动惯量：1410 kg•m²；负载为磨煤转轮，转轮重量为15吨，转轮直径3.55米。

2.2. 磨煤机电机负载曲线：

3. 磨煤机变频软启动器实施方案

3.1. 加速功率计算

3.2. 电机带载启动需要功率计算

3.3. 变频软启动器容量计算

3.4. 变频软启动器一次接线方案

磨煤机采用一拖八自动切换运行方案，即一台变频软启动器分别启动八台磨煤机中的每一台磨煤机，一次方案图如下。当一台磨煤机启动结束后，自动退出，无扰切换至原工频开关上运行，退出后的变频软启动器继续为下一台磨煤机电机作启动准备。

图2  磨煤机变频软启动器一次接线图

QS1、QS2、QS3和QS4为隔离刀闸，KM1~KM8为断路器。

变频软启动器供电电源采用两路电源供电，一路电源选择6kV A段间隔；二路电源选择6kV B段间隔。每路电源带4台磨煤机。

4. 高压变频软启动器

4.1. 系统结构

高压变频软启动器采用功率单元串联型拓扑结构，变频软启动器实现30脉冲整流，每相输出由5级功率单元串联而成。

高压变频软启动器由以下部分构成：

1) 控制柜。控制柜由触摸屏人机界面、主控板、西门子S7-200 型PLC 等。

2) 功率单元柜。该系统6 kV高压变频软启动器采用5级功率单元串联。

3) 变压器柜。包括为功率单元供电的移相变压器，以及变压器温度检测、显示。

4) 电抗器柜。电抗器为浇注式结构，用来减小电机由变频运行方式向工频运行方式切换产生的过电压。

5) 开关柜。开关柜由QS1、QS2、QS3和QS4隔离刀闸，KM1~KM8接触器组成，实现6kV A、B段母线选择，各台电机的启动切换。

4.2. 技术特点

1) 基于多电平级联技术，输入谐波小、功率因数高、效率高。不需要外部输出滤串器就可提供正弦输出电压，不会增加电动机拖动系统的运转噪音，输出转矩脉动小。

2) 采用大功率的IGBT功率模块。IGBT模块的驱动与过流保护采用专用电路，可靠性高。功率单元组件具有互换性，若出现故障，可在几分钟内用简单工具进行更换维修。

3) 提供多条起动曲线，起动时间由运行人员设定，可保证电动机安全运行并延长其使用寿命，软起动过程对电网不会产生冲击电流。同时大大降低了电动机及其负载的机械磨损，节省了维护费用。

4) 在变频软启动器电源柜上配置变频与工频切换装置，接入变频电源侧与变频输出侧电压检测同期。采用专用的频差、相角检测，能实现变频与工频间的无扰切换，类似于并联快切装置，用以保证优良的启动性能，减少对电机、厂用电的冲击，其原理是装置能自动检测电网电压、频率、相角、相序，当调节一致时完成切换。

5) 由于8台磨煤机电机有4台电机旋转方向不同，为完成并联切换，在变频软启动器间隔内设置专用PT，用于同期检测装置实现工频/变频切换。

6) 变频软启动器内部设置PLC控制器，对变频软启动器的控制、反馈、联锁均应引入DCS画面操作，便于控制指令下发与上传。PLC控制器实现各刀闸、断路器逻辑互锁功能，并具备接收DCS #51-#58磨煤机变频启动选择指令及同期合闸时断路器输出选择功能。在每个制粉系统画面加工频/变频切换按钮，在变频启动未切到工频时，禁止启动给煤机；DCS控制画面有磨煤机工频、变频软启动器运行电流，变频软启动器温度，变频软启动器开关、刀闸状态等显示。
7）变频软起动器具有低压整机调试功能。变频软启动器基于软充电专利技术，只需一路380V电源即可完成变频软启动器的整机静态调试，包含逻辑组态调速、功率单元上电测试。

当变频软启动器故障时，旁路系统把变频软启动器与高压电隔离开来，通过上述的低压调试功能，维修变频软启动器，并检测调试，达到上高压调试的目的。

8) 变频软启动器具有单元智能旁通功能。单元智能旁路功能就是快速自动地切除故障功率单元，保证系统继续运行的方法。当一个功率单元出现故障时，主控系统就会用最短的时l训，实现故障功率单元的旁通。并通过一定的运算，使输出的电压波形保持正常，可以使负载持续运行；同时向监控人员发出报警信号。在故障消除后(如瞬间的过压等)，恢复的信号通过功率单元通知主控系统，主控系统根据实际情况自动恢复该功率单元的正常使用。如果引发功率单元出现旁通的故障不能消失，变频软启动器可以一直工作，直到用户有条件停机时，进行功率单元的更换。因为单元智能旁路功能是自动实现的，因此提高了变频软启动器的正常使用率。

5. 改造后的优点

1) 磨煤机变频改造后大大减少了磨煤机启动时的启动电流。

磨煤机工频起动时的最大起动电流为磨煤机电机额定电流的6—7倍；变频改造后，电机软起动，观察磨煤机电动机起动的负荷曲线，可以发现磨煤机电动机起动时基本没有冲击电流，磨煤机电动机电流从零开始，随着磨煤机转速的增加而增加，无论怎样都不会超过磨煤机电动机的额定电流。因此磨煤机变频起动解决了磨煤机起动时的电流冲击问题，消除了大起动电流对磨煤机电动机、磨煤机传动系统和磨煤机的冲击应力，大大降低了通常的维护量。

2) 延长了磨煤机的寿命，降低磨煤机的使用费用。

变频软启动器的使用可使磨煤机转速变化沿磨煤机的变频特性曲线变化，没有应力负载作用于磨煤机轴承上，延长了磨煤机轴承的使用寿命。

3) 降低磨煤机使用时的噪音

磨煤机进行变频改造后，在磨煤机低转速运行时，大幅度地降低了噪音，同时消除了磨煤机在停车和启动时的噪音。

6. 结语

伊敏电厂磨煤机变频软启动器自2015年5月投产运行至今，设备运行稳定，实现了磨煤机平稳启动，对电网无冲击，消除了启动过程中对机电设备的损伤，从根本上杜绝了笼条断裂情况，提高了设备的使用寿命，达到了磨煤机采用变频软启动器启动的预期目的。变频软启动器在类似负载上值得应用推广。

作者简介

唐毅（1977-），现就职于东方日立（成都）电控设备有限公司，主要从事高压变频器技术支持工作。