西門子S7—300型變頻器在丹江口水力發(fā)電廠5000/250kN門機上的技術(shù)應(yīng)用

摘 要：文章介紹了西門子S7-300型交流變頻器在丹江口水力發(fā)電廠5000/250kN門式起重機上的應(yīng)用，重點論述了系統(tǒng)的概況、結(jié)構(gòu)組成、調(diào)試及維護要點。

關(guān)鍵詞：變頻器；PLC；門機

1 概述

坐落在長江最大支流三千里漢江中游的丹江口水力發(fā)電廠位于湖北省丹江口市市區(qū)內(nèi)，是南水北調(diào)中線工程丹江口大壩的核心組成部分。電廠設(shè)計裝機6臺15萬千瓦水輪機組，總?cè)萘?0萬千瓦，1968年第一臺機組投產(chǎn)發(fā)電，1973年6臺機組全部建成投產(chǎn)。丹江口大壩壩頂高程原為162米，大壩總長2.5千米，最大壩高97米，總庫容209億立方米。2005年，南水北調(diào)丹江口大壩加高續(xù)建工程實行，壩頂高程從162米加高至176.6米，設(shè)計蓄水位由157米提高到170米，總庫容達290.5億立方米，每年可向北京供水95億立方米。

2 西門子S7-300型交流變頻器在5000kN門機上的應(yīng)用

2.1 PLC的應(yīng)用

5000kN門機電氣系統(tǒng)5000kN門機電氣系統(tǒng)分為動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和門機照明三大部分?？刂葡到y(tǒng)采用西門子PLC控制。PLC是門機控制系統(tǒng)的核心，它由一個主站、三個從站組成一個PROFIBUS-DP分布控制網(wǎng)絡(luò)，完成整個門機的控制及聯(lián)鎖。

門機PLC由主司機室主站PLC、下游電器室PLC、回轉(zhuǎn)吊PLC、小車室PLC組成。其中主司機室主站PLC采用西門子S7-300，為基本單元（主機），其他三個PLC為擴展單元，采用西門子ET200，其內(nèi)部沒有CPU、存儲器，不能單獨使用，只能與基本單元連接在一起作為輸入、輸出點數(shù)的補充。下游電器室ET200主要對小車起升及小車行走進行控制，下游電器室ET200主要對大車行走、大車夾軌器進行控制，回轉(zhuǎn)吊ET200主要對回轉(zhuǎn)吊進行檢測，并進行回轉(zhuǎn)主副起升的高度荷載進行檢測。PLC的聯(lián)網(wǎng)通信包括PLC之間的通信、PLC與上位計算機的通信、PLC與其他智能設(shè)備的通信。PLC與其他智能控制設(shè)備（如變頻器、高壓開關(guān)柜微機保護裝置）一起，組成“集中管理、分散控制”的分散式控制系統(tǒng)。變頻器與PLC采用通信方式控制。門機PLC具有各個機構(gòu)的速度及方向給定、各個機構(gòu)的聯(lián)鎖和保護、各種信號數(shù)據(jù)的采集與處理、各機構(gòu)運行狀態(tài)的監(jiān)視、診斷和故障報警功能。

2.2 門機主起升變頻器及交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

5000kN門機主起升機構(gòu)交流變頻調(diào)速裝置，其變頻器為電壓源型交-直-交變頻器，即中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波，把工頻交流電先轉(zhuǎn)變成直流電，然后再把直流電逆變成頻率可以變化并調(diào)整的交流電，其輸出波形已經(jīng)非常接近正弦波。

變頻器采用西門子6SE7033-2EG60帶PROFIBOS通訊板，輸入電壓3AC380……480V，輸出電壓3AC0～380……480V，最大輸出電流430A。

主起升交流變頻調(diào)速系統(tǒng)電氣部分主要包括兩臺西門子6SE7033-2EG60變頻器、兩臺西門子ILG變頻電機、兩臺閉環(huán)速度回饋用的增量編碼器。電機在0～100Hz的情況下正常工作，其中0～50Hz工作在電機的恒轉(zhuǎn)矩工作區(qū)，5-50Hz穩(wěn)定運行，對應(yīng)起升機構(gòu)速度0.237～2.37m/min；輕載運行在電機50～100Hz恒功率工作區(qū)，對應(yīng)起升機構(gòu)速度2.37～4.74m/min。其切換操作在司機室聯(lián)動臺上進行。

2.2.1 門機主起升交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作過程。門機主起升變頻調(diào)速系統(tǒng)在安裝調(diào)試時可通過變頻器自身帶的操作板操作，進行裝置本身的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)調(diào)試。正常運行時，主起升采用主令控制器-PLC-控制柜的操作方式，即主令控制器發(fā)出的操作命令輸入PLC，PLC通過Profibus-DP數(shù)據(jù)總線以控制字形式傳送至變頻器通訊板，變頻器輸出電壓、頻率可調(diào)的交流電，以驅(qū)動變頻電機。主起升機構(gòu)采用變頻閉環(huán)調(diào)速方式，為五檔無級調(diào)速，重載時各檔位對應(yīng)頻率為5Hz/1檔、16Hz/2檔、28Hz/3檔、38Hz/4檔、50Hz/5檔。

變頻器的起動頻率：變頻器已預(yù)置為從5Hz開始起動，以避開機械諧振頻率。

變頻器的電氣制動：變頻器的直流側(cè)接有制動單元。當(dāng)變頻電機降速產(chǎn)生過高直流電壓時，制動單元內(nèi)的電力晶體管飽和導(dǎo)通，將這部分回饋能量消耗在外接電阻上，以提高變頻器制動能力。

2.2.2 變頻器的調(diào)試。變頻器調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)遵循“先空載、后輕載、再重載”的一般規(guī)律。

（1）通電前檢查。a.外觀、構(gòu)造檢查：檢查變頻器的型號、安裝環(huán)境有無問題，裝置有無脫落或損壞，電纜線徑是否合適，電氣連接有無松動，接地是否可靠。b.主電路電源電壓及絕緣電阻的檢查：檢查主電路電源電壓和變頻調(diào)速系統(tǒng)要求的電壓值是否一致，電壓波動范圍在規(guī)定區(qū)間內(nèi)；檢查主電路的絕緣電阻值是否達到要求。

（2）變頻器的通電和預(yù)置。S7-300型變頻器在通電時，其輸出端先不要接電動機，首先完成以下的工作：a.熟悉變頻器CPU面板的功能按鍵。按照使用說明書的要求，熟悉S7-300型變頻器CPU面板的各功能按鍵的作用，在進行RUN（運行）和STOP（停止）等基本功能的操作時，要注意觀察顯示屏的變化、各功能模塊指示燈和變頻器的工作情況是否相符合等。b.進行功能預(yù)置。變頻器功能參數(shù)較多，其參數(shù)達輸十至上百之多。在實際應(yīng)用中，不是說要對每一項參數(shù)都進行設(shè)置和調(diào)試，多數(shù)情況下都是采用出廠設(shè)定值。但一些具體的參數(shù)值則要根據(jù)實際情況來進行設(shè)置，如加減速時間、電機轉(zhuǎn)矩補償、電機熱保護設(shè)定值、變頻器輸出頻率上、下限幅值、頻率設(shè)定信號增益、加減速模式選擇等。c.將變頻器外部輸入控制線接好后，執(zhí)行基本的操作指令，如門機主副起升機構(gòu)的上升、下降，行走機構(gòu)的左右側(cè)移動等，在運行過程中檢查外接控制功能的執(zhí)行情況。

（3）電動機的空載試驗。變頻器輸出端接上電動機，先進行空載通電試驗。目的是檢查變頻器接上電動機后的運轉(zhuǎn)情況是否正常，同時對電動機的旋轉(zhuǎn)方向進行校準。試驗步驟如下：a.先將門機起升和行走機構(gòu)變頻器的頻率設(shè)置為0位，合上電源后，通過操作按鍵按照原設(shè)定的工作頻率，由低速檔到高速檔提升頻率值，觀察電動機的運轉(zhuǎn)情況和旋轉(zhuǎn)方向。b.將門機起升和行走機構(gòu)變頻器的頻率上升到50HZ，電動機運行約3-5分鐘，在電動機運轉(zhuǎn)時觀察工作情況，在正常的情況下，再選擇2檔、3檔、4檔的工作頻率，使電動機運行約3-5分鐘，觀察電動機的運轉(zhuǎn)情況。

（4）拖動系統(tǒng)的起動和停機。將電動機的輸出軸與機械裝置連接起來，觀察此狀態(tài)下電動機的工作情況：a.起轉(zhuǎn)試驗：門機起升和行走機構(gòu)變頻器的頻率從0Hz開始緩慢增加，也就是將操作機構(gòu)檔位由零位檔緩慢向高速擋增加，觀察在多大頻率下電動機能夠起轉(zhuǎn)，如起轉(zhuǎn)較為困難，則在參數(shù)設(shè)定值中相應(yīng)增加電動機起動轉(zhuǎn)矩。具體方法有采用矢量控制、加大起動頻率等。b.起動試驗：將門機起升和行走機構(gòu)變頻器的頻率調(diào)至最高，按下起動鍵后，觀察門機拖動系統(tǒng)在加速過程中是否出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，如有跳閘則說明啟動電流過大，這時則要對變頻器參數(shù)設(shè)定值進行修改，適當(dāng)延長升速時間。c.停機試驗：將門機起升和行走機構(gòu)變頻器運行頻率調(diào)至最高，按停止鍵，觀察門機拖動系統(tǒng)的停機過程。

3 結(jié)束語

西門子S7-300型交流變頻調(diào)速在丹江口水力發(fā)電廠5000kN門機上的應(yīng)用，代替了門式起重機上傳統(tǒng)的繞線電機切換電阻的調(diào)速方式，簡化日常的維護工作，提高門機工作性能，是大起重量門式起重機調(diào)速的主要發(fā)展趨勢。

作者簡介：剛鐵（1976，3-），男，漢族，吉林省吉林市，中級技師，本科，研究方向：低壓電氣設(shè)備的安裝與檢修。