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  • 變頻器在水電站橋機、門機和臺車式啟閉機上的應用

    1 引言

    近十年來,夾江廠為許多大、小電站設計生產制造了數十臺帶變頻器控制的廠房橋機、門機和臺車式啟閉機。比如:我廠為湖南大源渡水電站設計生產的第一臺壩頂2×1250kN門式起重機,起升和大、小車行走機構均使用了ABB公司ACC50型系列變頻器;隨后設計生產了四川茂縣銅鐘水電站廠房125t橋式起重機,主起升機構使用了法國施耐德的Aitivar58型變頻器;貴州烏江渡水電站擴機工程中尾水2×1250kN單向臺車式啟閉機,起升和行走機構均使用了西門子公司6SE70型系列變頻器;緬甸邦朗750kN單向橋式起重機,起升和行走使用了ABB公司ACC60型系列變頻器等。我廠已中標三峽三期工程中的六臺門機,全部采用西門子公司6SE70型系列變頻器。

    我廠為湖南沅陵縣鳳灘水力發電廠擴建工程設計生產的2×1250kN雙向臺車式啟閉機是類似于橋式起重機的水電廠專用起重設備。它的主起升機構、大車行走機構、小車行走機構均采用了變頻電機拖動、西門子6SE6440系列變頻器變頻調速的控制方案。6SE6440系列變頻器具備了起重機各機構調速控制所需的全部功能,如:IGBT技術、高質量的矢量控制系統、集成的制動(斬波)器等可用于位能性負載升降的調速場合;而線性V/F特性、集成的制動(斬波)器等則完全滿足大、小車行走機構的調速要求。由于變頻器無級平滑的輸出特性,大大地改善各運行機構起動和換檔時加減速性能,完全克服了傳統大型機構在制動過程中存在的慣性沖擊力,因此延長了機械結構的使用壽命,并大大地增強了運行的穩定性。根據運行情況若為一般性的調速需要,只需設置必要的變頻器參數,變頻器能滿足工作要求;如遇特殊調速要求,則可隨時調整變頻器的相關參數和檔位的參數值,并經試車修正個別參數,即可滿足各種機構運行中所需的速度和轉矩控制。

    2 系統組成

    進水口2×1250kN雙向臺車式啟閉機主起升機構由兩套卷揚系統組成,由兩臺YZPB280M-8起重專用變頻電動機拖動,電機功率2×55kW,使用兩臺6SE6440-2UD37-5FA1變頻器驅動,變頻器功率2×55kW(恒轉矩),采用矢量控制方式,起升機構要求1:10的調速范圍;小車行走機構由相同的兩套行走裝置組成,并由兩臺YVPEJ802-4普通變頻電動機拖動,電機功率2×0.75kW,共用一臺6SE6440-2UD23-0BA1變頻器驅動,變頻器功率4kW(恒轉矩),采用V/F控制方式,小車行走機構要求的1:10的調速范圍;大車行走機構由相同的四套行走裝置組成,并由四臺YVPEJ112-4普通變頻電動機拖動,電機功率4×4kW,共用一臺6SE6440-2UD32-2DA1變頻器驅動,變頻器功率30KW(恒轉矩),采用V/F控制方式,大車行走機構要求的1:10的調速范圍。

    3 系統控制電路

    系統的控制采用聯動臺式的操縱桿—可編程控制器(PLC)—變頻器I/O端口控制方式。聯動臺中設有控制主起升機構的升、降操縱桿,升降各四檔,控制小車行走機構的前行、后行操縱桿,前后各四檔,控制大車行走機構的左行、右行操縱桿,左右各四檔。變頻器無速度編碼器。實施變頻器輸入端開關量的指令控制方法,如圖1所示。




    圖1 臺車式啟閉機單線連接圖


    由于整機采用可編程控制器(PLC)控制,臺車控制分為內部編程軟件和外部硬件二部分。下面介紹起升機構單雙吊鉤的參數設置和大車行走機構的控制。




    圖2 大車行走電路圖


    供貨技術條件規定起升機構既能單吊鉤升降,又能雙吊鉤通過鋼性聯接同步升降,兩種操作均要求1:10的調速范圍。在設計中,我們采用了基本操作板(BOP)設置二個參數閉鎖其中一臺變頻器,而另一臺變頻器仍能按給定指令信號正常升降運行。當單吊鉤工作完畢后需要雙吊鉤工況時,恢復上述二個參數和幾個自動復位的參數,又可實現按常規雙吊鉤工況使用的變換方式。

    圖2為大車行走機構的電路圖。在大車行走機構控制中,大車操縱桿設置有零位指令和保護,左行或右行1-4檔速度給定指令,該指令經可編程控制器處理后提供給變頻器輸入端。例如:當大車操縱桿推向左行1檔時,變頻器數字輸入端中的DIN1、DIN3接到指令,變頻器按設置的5Hz輸出,同時變頻器可編程繼電器輸出端3(抱閘投入)輸出制動器打開信號指令,制動器打開,大車以2m/min的速度向左運行;當大車操縱桿推向左行2檔時,變頻器數字輸入端中的DIN1、DIN3、DIN4接到指令,變頻器按設置的15Hz輸出,大車以6m/min的速度向左運行;當大車操縱桿推向左行3檔時,變頻器數字輸入端中的DIN1、DIN3、DIN5接到指令,變頻器按設置的25Hz輸出,大車以10m/min的速度向左運行;當大車操縱桿推向左行4檔時,變頻器數字輸入端中的DIN1、DIN3、DIN4、DIN5接到指令,變頻器按設置的50Hz輸出,大車以20m/min的速度向左運行。大車操縱桿從4檔逐漸退回零位時,變頻器輸出頻率由50Hz逐漸減少到0Hz,同時變頻器可編程繼電器輸出端3(抱閘投入)輸出制動器關閉信號指令,制動器閉合,大車停止向左運行。向右運行時,原理和功能相同。一旦出現大車故障或大車左極限信號指令,并傳送給可編程控制器,經可編程控制器處理,都能封鎖變頻器輸入端的給定信號指令,立即停止變頻器運行。

    變頻器可編程繼電器輸出端設置為故障、運行、抱閘投入三個信號指令,并把三個指令傳給可編程控制器,經可編程控制器處理后,用來保護、控制變頻器和顯示變頻器狀態。

    4 結束語

    西門子公司6SE6440系列變頻器具有高度的靈活性,多重選擇的可設置參數值,機動靈活的BiCo連接功能,這些功能可以在不同的應用場合加以選擇,完全滿足不同工況的需要。

    參考文獻
    (略)

    作者簡介

    張 航(1961-) 電氣設計工程師 任職于水利電力部夾江水工機械廠,從事水電站橋機、門機、臺車式啟閉機等變頻器的應用設計、制造、安裝調試等工作。


     
     
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