SMC智能電動機控制器在碳酸鹽泵起動電路中的應用*

王曉兵，徐春霞，劉祖其

(1.新疆獨山子石化公司 乙烯廠 電氣車間，新疆 獨山子 833699；2.克拉瑪依職業(yè)技術學院 電子與電氣工程系，新疆 克拉瑪依 834000)

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SMC智能電動機控制器在碳酸鹽泵起動電路中的應用*

王曉兵1，徐春霞2，劉祖其2

(1.新疆獨山子石化公司 乙烯廠 電氣車間，新疆 獨山子 833699；2.克拉瑪依職業(yè)技術學院 電子與電氣工程系，新疆 克拉瑪依 834000)

結合工程實例，闡述了現(xiàn)場某乙二醇裝置的碳酸鹽泵控制電路改造過程中加裝了SMC智能電動機控制器，由于參數(shù)設置不當導致后來發(fā)生停機事故。根據(jù)現(xiàn)場概況，分析故障現(xiàn)象及測試措施，最后給出了改進方案。

SMC智能電動機控制器；軟起動；泵控制

三相異步電動機具有結構簡單、穩(wěn)定性高、易于維護和產(chǎn)品廉價等諸多優(yōu)點，已被廣泛應用于生產(chǎn)生活的各個方面[1]；但是三相異步電動機全壓起動會產(chǎn)生高電磁轉矩與起動電流，從而直接威脅電網(wǎng)上其他設備的安全運行。為了減小設備起動時對電網(wǎng)電壓的沖擊，當電動機容量接近或大于動力變壓器容量的30%時，禁止全壓起動；否則在沖擊電流的作用下，起動瞬間會引起電網(wǎng)電壓降低，從而可能導致電動機本身無法正常起動，嚴重時可能燒毀電動機。在這種情況下，一般采用智能電動機控制器(SmartMotorController，SMC)進行起動控制。SMC是一種集電動機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的控制裝置，通過降壓、補償或變頻等技術手段，可實現(xiàn)電動機及機械負載的平滑起動，減少起動電流對電網(wǎng)的影響，使電網(wǎng)和機械系統(tǒng)得以保護[2]。

SMC作為電動機新型控制設備，控制參數(shù)繁多，應進行合理設置。本文結合工程實際情況，闡述了一例乙二醇裝置中碳酸鹽泵電路改造中加裝SMC后，由于控制器參數(shù)設置不當導致事故停機的案例，分析了故障現(xiàn)象及采取的測試措施，并給出了改進方案。

1　工程概況

乙二醇(EG)是重要的化學工業(yè)原料，可以合成聚酯樹脂和聚氨酯樹脂，還可以用作生產(chǎn)聚酯纖維、塑料、松香脂、干燥劑和柔軟劑等化工產(chǎn)品，用途廣泛。碳酸鹽泵是乙二醇裝置的核心設備，主要用于提高裝置系統(tǒng)中的碳酸鹽溶液的循環(huán)量。該裝置于2013年6月完成擴建改造，生產(chǎn)能力從5kt/a增加到12kt/a。改造后，于2013年下半年至2014年2月期間，碳酸鹽泵曾發(fā)生幾次故障停機事故，影響了整個乙二醇裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)。

該裝置有4臺碳酸鹽泵，分別是G-220A/B和G-222A/B。根據(jù)裝置生產(chǎn)要求，相互聯(lián)鎖，順序起動。碳酸鹽泵型號為150AYu150×2，額定流量為125m3/h，揚程為271m，效率為57%，轉速為2 950r/min，采用南陽防爆電機有限公司生產(chǎn)的YB2系列全封閉自扇冷式鼠籠式隔爆型三相異步電動機驅(qū)動。電動機型號為YB2-355M2-2，其具有高效節(jié)能、低噪聲、長壽命和高可靠性的特點。

裝置擴建前為全壓起動，擴建后因負載容量接近變壓器額定容量1 600kVA，擴建設計時在4臺泵的驅(qū)動電動機中，加裝羅克韋爾公司生產(chǎn)的SMCDialogPlusTM智能電動機控制器進行控制。

2　事故現(xiàn)象及測試

2014年2月13日，電氣運行工在配電室巡檢時發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽泵G-222B運行正常，柜面無報警信號；但在儀表DCS監(jiān)控記錄中顯示，2月13日17時44分25秒，G-222B發(fā)出電動機起停報警信號，持續(xù)5s后自動恢復正常。通過檢測其高、低電壓均未發(fā)現(xiàn)發(fā)生晃電和電壓波動現(xiàn)象。19時30分27秒，裝置工藝報告正常運行的G-222B突然停機，電氣維護人員立即檢查配電室，發(fā)現(xiàn)故障報警的黃色指示燈亮，對G-222B控制電路進行檢查和測試如下。

1)碳酸鹽泵及驅(qū)動電動機本體外觀正常，電動機抽屜柜中元器件、操作柱接線外觀正常，均沒有松動發(fā)熱及異味現(xiàn)象。

2)使用500V兆歐表檢測驅(qū)動電動機絕緣，絕緣電阻200MΩ，阻值正常。

3)采用雙臂電橋測量驅(qū)動電動機三相電阻阻值，3次測量的結果分別為0.013 95、0.014 05和0.014 02Ω，阻值誤差為±0.01%，電動機正常。

4)詢問工藝DCS監(jiān)控得知驅(qū)動電動機所帶負載無擾動變化。

5)測試智能電動機保護器(ZEV)。已知電動機額定電流為433.7A，選擇ZEV校驗曲線10級，ZEV保護動作復位方式設定為手動，停用接地保護，外加(110%～120%)Ie，ZEV在5s內(nèi)發(fā)出分閘信號，說明ZEV能夠正常動作，熱過載保護器性能完好。驅(qū)動電動機停機系熱過載保護所致。

3　故障原理分析及改進措施

3.1故障原理分析

調(diào)用DCS監(jiān)控數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該驅(qū)動電動機起動0.5s時電壓值達到全壓，監(jiān)控指示此刻電動機還未到達額定狀態(tài)，存在起動電流。起動電流是指電器設備(感性負載)在剛起動時的沖擊電流，是電動機或感性負載通電到運行平穩(wěn)的短暫時間內(nèi)的電流變化量，可由下列公式計算：

Ist=(4～7)Ie

式中，Ist是電動機起動電流；Ie是電動機額定電流。

經(jīng)計算，起動電流為1 734～3 036A，而二次側運行額定電流為2 309.4A，致使ZEV存在較大跳閘風險。

本系統(tǒng)選用的SMCDialogPlusTM控制器，型號為150-B500NBDB?？刂乒δ馨ㄜ浧饎?、軟停機、泵控制、SMB智能電動機制動、預置低速和準確停機、加入制動的低速、節(jié)能器以及相間平衡等。該控制器特有的泵控功能優(yōu)點突出，對抑制電動機起動和停車的“水錘效應”作用強大。幾種起動方式與泵轉矩特性曲線的對比如圖1所示。由圖1中帶SMC的起動的轉矩曲線可知，離心泵的特性曲線預先設定存儲在設備中，控制器在起動和停車過程中能夠?qū)崟r檢測電動機的負載電流，隨時根據(jù)泵的負載狀況及速度調(diào)節(jié)輸出電壓，因此能夠快速準確達到額定轉矩。

圖1　幾種起動方式與泵轉矩特性曲線對比圖

該控制器按標準提供如下幾種起動方式：一般軟起動、帶突跳起動的軟起動、限流起動、雙斜坡起動和全壓起動，其中雙斜坡起動方式適合負載變化的情況，全壓起動不能采用，這里不做討論。

常用起動方式為一般軟起動，工作原理如圖2所示。電動機得到預設的初始轉矩，該轉矩調(diào)節(jié)范圍為轉子轉矩的0%～90%。按斜坡加速期間，輸出給電動機的電壓，從初始轉矩對應的電壓開始無級增加，加速時間為0～30s。帶突跳起動的軟起動工作原理如圖3所示。圖3和圖2的區(qū)別是需要為電動機起動提供一個提升電壓以克服負載的慣性，該負載需要一個附加的高轉矩才能起動，它能提供的附加電流是滿載電流的550%，突跳起動時間設定為0～2s。

圖2　一般軟起動工作原理圖

圖3　帶突跳起動的軟起動工作原理圖

限流起動工作原理如圖4所示。限流起動是為電動機提供一個固定電壓的減壓起動，當必須限制最大起動電流時，應該使用該種方式。在電動機滿載電流的50%～600%調(diào)節(jié)電流限制水平，限流時間設定為0～30s。在該起動方式中，當控制器檢測到電動機已達到額定轉速時，輸出電壓會自動切換成全壓輸出。

圖4　限流起動工作原理圖

3.2改進措施

檢查軟起動器的參數(shù)設定，發(fā)現(xiàn)該乙二醇裝置中G-222B碳酸鹽泵驅(qū)動電動機的SMC控制參數(shù)為帶突跳起動的軟起動方式，突跳時間為0.5s，參數(shù)設定錯誤。另外3臺電動機的起動方式為一般軟起動，起動時間為15s，均未考慮起動電流的問題。根據(jù)分析，上述電動機起動應該改為限流起動。重新對4臺電動機進行參數(shù)設定，并將碳酸鹽泵的參數(shù)預置在控制器中，參數(shù)見表1。

表1　參數(shù)設置表

(續(xù))

4　結語

2014年2月下旬，采用改進措施，再次起動驅(qū)動電動機，其在限流時間15s內(nèi)平穩(wěn)起動。經(jīng)過近一年半的工作，該乙二醇裝置的碳酸鹽泵運行穩(wěn)定，保證了乙二醇的安全生產(chǎn)。

[1]齊智文.基于C8051F040單片機軟起動控制系統(tǒng)的研制[D].太原：太原理工大學，2014.

[2]夏輝.高壓電動機系統(tǒng)TCS降補固態(tài)軟起動裝置的研制[D].江蘇：江蘇大學,2011.

* 2013—2017年教育部高等學校電子信息類專業(yè)指導委員會立項項目(2015-Y13)

責任編輯鄭練

ApplicationofSMCIntelligentMotorControllerintheStartingCircuitofCarbonatePump

WANGXiaobing1,XUChunxia2,LIUZuqi2

(1.DushanziPetrochemicalCorpofXinjiangEthyleneElectricalWorkshop,Dushanzi833699,China; 2.KaramayVocational&TechnicalCollege,Electronic&ElectricalEngineeringDept,Karamay834099,China)

Combiningwithengineeringexamples,discussthemodifiedethyleneglycolunitcarbonatepumpcontrolcircuitwithSMCsmartmotorcontrollers.Theforcedoutageiscausedbytheimproperparametersettingsaccordingtothefieldsurvey,analyzethephenomenonoffailureandtestingmeasures,andfinallygiveacorrectionscheme.

SMCintelligentmotorcontroller,softstart,pumpcontrol

TP2

A

王曉兵(1973-)，男，高級技師，主要從事電氣控制與運行等方面的研究。

2015-12-25