中心議題：
- 假捻機(jī)和廠區(qū)供電系統(tǒng)分析
- PLC和UPS在假捻機(jī)雙電源切換中的應(yīng)用
- 將一個(gè)較大供電系統(tǒng)雙電源切換分割成若干小的用電單元
一 引言
假捻機(jī)是化纖行業(yè)生產(chǎn)滌綸低彈絲的主要設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備由240個(gè)錠位組成，該設(shè)備自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，具有連續(xù)生產(chǎn)、單批產(chǎn)品生產(chǎn)周期長(zhǎng)（根據(jù)品種不同，時(shí)間在8～16小時(shí)之間）、開停機(jī)復(fù)雜及開停機(jī)損耗大等特點(diǎn)。近年來，我國(guó)部分地區(qū)在用電高峰季節(jié)電力短缺，出現(xiàn)拉閘限電現(xiàn)象，自備發(fā)電機(jī)的企業(yè)在電源切換過程中需要停機(jī)才能進(jìn)行備用電源切換。要安裝一套大型 UPS不間斷電源，投資將達(dá)上百萬元，且要求配套發(fā)電機(jī)功率是系統(tǒng)負(fù)載的2 倍，自備發(fā)電機(jī)的企業(yè)都采用了停機(jī)切換備用電源方法，無論停電多長(zhǎng)時(shí)間，每次發(fā)電時(shí)間不能少于生產(chǎn)一批產(chǎn)品的時(shí)間，一天停限電兩次以上時(shí)，只能連續(xù)發(fā)電，這種方法不能靈活切換備用電源，給企業(yè)造成不必要的損失。本系統(tǒng)是根據(jù)企業(yè)的裝機(jī)容量大、設(shè)備型號(hào)相同、數(shù)量多、有計(jì)劃停限電的特點(diǎn)，利用現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)出一套在不停機(jī)的情況下，進(jìn)行逐臺(tái)假捻機(jī)雙電源切換的控制系統(tǒng)。
二 假捻機(jī)和廠區(qū)供電系統(tǒng)分析
全廠共有型號(hào)相同RPR假捻機(jī)4臺(tái)，單機(jī)裝機(jī)功率為120kw，由三部分用電系統(tǒng)組成：1、傳動(dòng)系統(tǒng)60kw（由變頻器控制）;2、電加熱系統(tǒng)55kw;3、輔助系統(tǒng)5kw（風(fēng)機(jī)）。經(jīng)分析，生產(chǎn)時(shí)不能瞬間斷電的只有傳動(dòng)系統(tǒng)，電加熱和風(fēng)機(jī)都可以在短時(shí)間內(nèi)停電1-2分鐘，電源切換只需用幾秒鐘時(shí)間，在電源切換過程中只要傳動(dòng)系統(tǒng)不斷電，就能在正常生產(chǎn)情況下進(jìn)行雙電源切換。
廠區(qū)供電系統(tǒng)是由一臺(tái)630kw變壓器和一臺(tái)800kw備用發(fā)電機(jī)組組成，變壓器和發(fā)電機(jī)的切換方式是通過一個(gè)雙頭刀閘進(jìn)行切換的，要在正常生產(chǎn)情況下對(duì)四臺(tái)假捻機(jī)同時(shí)進(jìn)行電源切換，需要一臺(tái)480kw 或四臺(tái)120kw 的UPS不間斷電源;發(fā)電機(jī)在空載時(shí)，最大能同時(shí)加載負(fù)載是發(fā)電機(jī)功率的50%，需要配備發(fā)電機(jī)的功率為1200kw，現(xiàn)有發(fā)電機(jī)滿足不了要求，只能采取逐臺(tái)切換方法。
三 設(shè)計(jì)方案
3.1 UPS的特性及選擇
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用美國(guó)山特公司3C3 UPS的特性，該UPS有一個(gè)內(nèi)部電子旁路檢修開關(guān)，UPS在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，電源是通過UPS內(nèi)部電子旁路直接輸出供電。外部再加一個(gè)旁路開關(guān)（圖1），外部旁路開關(guān)與內(nèi)部電子旁路開關(guān)形成并聯(lián)。UPS加入供電系統(tǒng)時(shí)， UPS必須在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，接通UPS輸入輸出端開關(guān)，UPS與外部旁路開關(guān)形成并聯(lián)接通，然后斷開外部旁路開關(guān)，再將UPS開機(jī)。UPS退出供電系統(tǒng)時(shí)，必須先將UPS關(guān)機(jī)，接通外部旁路開關(guān)（若UPS未在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，相當(dāng)于UPS在開機(jī)時(shí)輸出端加入反向電壓，UPS可能燒毀），斷開UPS輸入輸出端開關(guān)， UPS退出供電系統(tǒng)。這樣就很容易做到將UPS加入和退出供電系統(tǒng)中。
圖1
UPS在電源切換過程中工作只有幾秒鐘的時(shí)間，其它時(shí)間不在系統(tǒng)中運(yùn)行，假捻機(jī)的裝機(jī)容量為120kw/臺(tái)，但除了傳動(dòng)系統(tǒng)外，電加熱和風(fēng)機(jī)都允許短時(shí)間停電，若要配備120kw的UPS顯然是很浪費(fèi)，選擇能滿足假捻機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)功率的UPS就可以了。我們選用與負(fù)載功率相同的美國(guó)山特公司3C3 60 UPS，電池組選用65AH -12V – 32節(jié)。它的主要特點(diǎn)是：在120%超載的情況下可工作10分鐘，同時(shí)它具有內(nèi)部電子旁路開關(guān)，適合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
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3.2 設(shè)計(jì)思路
本系統(tǒng)主要是利用現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組在不停機(jī)的情況下進(jìn)行雙電源切換。原來電源切換是在主供電回路上通過一個(gè)雙頭刀閘切換，現(xiàn)在將用電系統(tǒng)分割成四個(gè)單元，在每個(gè)分路上各安裝一個(gè)雙頭刀閘，分別對(duì)假捻機(jī)進(jìn)行逐臺(tái)切換。雙頭刀閘切換是人工操作，刀閘在轉(zhuǎn)換過程中會(huì)出現(xiàn)瞬間斷電現(xiàn)象，這樣就會(huì)造成假捻機(jī)停機(jī)，這是電源切換不能連續(xù)生產(chǎn)的原因，解決這個(gè)問題是本方案設(shè)計(jì)關(guān)鍵。所以，在電源切換前先將要切換電源假捻機(jī)的電加熱和風(fēng)機(jī)停下來降低負(fù)荷，然后將不間斷電源UPS串聯(lián)在要切換的電路中，雙頭刀閘轉(zhuǎn)換時(shí)用UPS的電池組為假捻機(jī)提供傳動(dòng)系統(tǒng)的電源，就不會(huì)出現(xiàn)斷電現(xiàn)象，可以對(duì)該假捻機(jī)進(jìn)行電源切換。切換完成后將UPS退出供電系統(tǒng)，再將電加熱和風(fēng)機(jī)開啟，這樣就完成了一臺(tái)假捻機(jī)的切換。再進(jìn)行下一臺(tái)的切換，以此循環(huán)便可完成全部假捻機(jī)的切換（圖2）。
圖2
3.3控制流程
用一臺(tái)UPS輪流切換，安全地將UPS加入和退出供電電路中，保證發(fā)電機(jī)組和變壓器不會(huì)出并網(wǎng)現(xiàn)象，這是控制方案中安全切換的關(guān)鍵。在控制回路中選用了PLC作為控制單元，我們選用了日本歐姆龍公司的CPM1A-30CDR-A可編程控制器，該產(chǎn)品抗干擾能力強(qiáng);適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境;故障率低;編程簡(jiǎn)單;擴(kuò)展功能強(qiáng)，本身具有18路輸入和12路輸出，最高可擴(kuò)展到90點(diǎn)。
電源切換控制過程中（圖3），首先PLC判斷備用電源是否供到現(xiàn)場(chǎng)，備用電源沒有供到現(xiàn)場(chǎng)不能切換。由于采用循環(huán)切換方法，若兩臺(tái)假捻機(jī)同時(shí)切換，供電電源不是一個(gè)電源時(shí)，兩臺(tái)假捻機(jī)供電電源與UPS連接的接觸器同時(shí)閉合，兩個(gè)不同電源短路相連，發(fā)電機(jī)和變壓器出現(xiàn)并網(wǎng)（圖2）。PLC檢測(cè)是否有其它假捻機(jī)在切換，沒有其它機(jī)臺(tái)切換時(shí)，UPS輸入輸出端的接觸器閉合，UPS與該機(jī)臺(tái)的輸入總電源接觸器形成并聯(lián)（以下稱外部旁路開關(guān)）。
圖3
UPS的功率小于假捻機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，在外部旁路開關(guān)斷開前，必須將電加熱和風(fēng)機(jī)電源斷開，降低負(fù)荷，保證UPS的安全運(yùn)行。否則系統(tǒng)負(fù)荷大于UPS功率的2倍，UPS自動(dòng)斷電自我保護(hù)，造成切換中的假捻機(jī)斷電停機(jī)，切換失敗。電加熱和風(fēng)機(jī)電源斷開后，斷開外部旁路開關(guān)，UPS已加入到供電系統(tǒng)中，開啟UPS。為了延長(zhǎng)雙頭刀閘的使用壽命，使刀閘在不帶負(fù)荷的情況下進(jìn)行切換，雙頭刀閘切換前，將UPS的輸入端電源斷開， 此時(shí)切換中的假捻機(jī)已經(jīng)與外部供電系統(tǒng)全部斷開，假捻機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)由UPS電池組為其提供動(dòng)力電源，維持假捻傳動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)雙頭刀閘已經(jīng)空載，便可在無負(fù)荷的情況下順利切換。切換完成后，接通UPS輸入端電源，為UPS供電的電源已經(jīng)更換為備用電源，電源切換完成。UPS關(guān)機(jī)后再接通外部旁路開關(guān)、電加熱和風(fēng)機(jī)電源，將UPS的輸入輸出端接觸器斷開，UPS退出切換系統(tǒng)，這樣一臺(tái)假捻機(jī)的雙電源切換已完成，再進(jìn)行下一臺(tái)假捻機(jī)的切換。
四 應(yīng)用效果
該切換控制系統(tǒng)應(yīng)用于浙江省海寧市浩遠(yuǎn)化纖有限公司，該公司擁有四臺(tái)意大利產(chǎn)RPR假捻機(jī)，使用該系統(tǒng)前平均每月發(fā)電總時(shí)間180～200小時(shí)，使用該系統(tǒng)后，可隨時(shí)在不停機(jī)的情況下進(jìn)行雙電源切換，停限電多長(zhǎng)時(shí)間，就發(fā)電多長(zhǎng)時(shí)間，企業(yè)再?zèng)]有因限停電而停產(chǎn)和增加無謂發(fā)電時(shí)間，縮短了發(fā)電時(shí)間，真正實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，每月發(fā)電總時(shí)間不超過30小時(shí)，每月減少發(fā)電時(shí)間150多個(gè)小時(shí)，因?yàn)榘l(fā)電成本是電網(wǎng)電費(fèi)成本的兩倍多，所以降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，增加了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
五 結(jié)束語
本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于將一個(gè)較大供電系統(tǒng)雙電源切換分割成若干小的用電單元，達(dá)到雙電源切換目的，投資小，見效大。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近年來我國(guó)部分地區(qū)出現(xiàn)了電力短缺現(xiàn)象，有一些中小化纖企業(yè)自備發(fā)電機(jī)組，在電源切換時(shí)必須停機(jī)，且發(fā)電時(shí)間必須保證每批產(chǎn)品生產(chǎn)周期，無形增加了發(fā)電時(shí)間。該切換控制系統(tǒng)就是針對(duì)這些企業(yè)而設(shè)計(jì)的。一是解決了電源切換時(shí)不停機(jī)保證生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行;二是縮短發(fā)電時(shí)間，降低企業(yè)成本增加效益。該系統(tǒng)可擴(kuò)展至更多臺(tái)假捻機(jī)切換控制，也可以為其它連續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)實(shí)現(xiàn)雙電源切換控制。
