一、项目背景
武汉钢铁集团公司能源动力总厂2#鼓风站于2006年建成投产的1#5813Nm3/min鼓风机组所配空压机电机是西门子生产的40000kW，10kV同步电动机，起动方式采用的是西门子生产的静止变频起动装置。经过八年运行，其稳定可靠性近年来呈下降趋势，变频器及相关控制系统内元器件逐渐老化，开始出现各种故障，如：通讯模块损坏，启动不能成功等。由于SIEMENS厂家系统升级换代，目前厂家无法买到原有型号备件，因此不得不选择升级改造，被迫付出额外改造成本。国内钢厂在如此重要的高炉电气设备上，其价格和服务全面受制于国际制造商。同时由于西门子公司对该装置的技术进行了技术封锁，一旦出现故障，只得由他们派服务人员来处理，而中国地区精通该技术能解决问题的西门子服务人员又特别少，使得每次出现故障都需很长时间才能处理好，给钢铁生产带来巨大损失，即便进行升级后仍然存在技术封锁和服务不到位的问题。 为解决大型同步电动机变频软起动国产化和技术服务问题，武汉钢铁集团公司能源动力总厂联合大力电工襄阳股份有限公司共同立项，合作对2#鼓风机站现有机组进行国产化改造。使有本公司开发的静止变频起动装置（SFC）进行同步起动的技术方案，以替代原变频起动方式。
二、技术指标及原理
武汉钢铁集团公司能源动力总厂2#鼓风站同步变频软起动装置改造达到如下技术目标：
1.起动电流控制在额定电流的0.3～0.5倍以内.
2.起动时间最大不超过4min，满足电机平滑起动要求。
3.电机正常运行时，励磁采用恒功率因数控制。
大力电工静止变频器软起动的原理是：通过控制晶闸管变频装置，产生频率由零到额定值变化的交流电源供给被起动电机，使电动机同步加速起动，当电机转速升高到额定转速，并满足同期并网条件时，电机同步并网，并将变频装置旁路，从而结束软起动过程。图1-1 为典型的静止变频软起动装置原理结构图，SFC主回路为交直交电流源型变频器。
三、项目参数与用户方案
(1) 用户性能要求：
1.在不破坏原有设备正常运行的基础上，利用原有的输入输出变压器，对变频软起动装置本身做改造替换；
2.配合电机软起动装置及正常运行使用，在不破坏原有励磁设备的情况下，利用原有励磁柜与同期装置实现电机的平滑起动和长期运行，且能保证电机能用原来系统正常软起和长期运行； 3.改造成功运行1年后，根据需要，完成设备整合，进行系统优化，旧设备拆除。
针对用户要求，制定如下技术方案图：
(2) 项目相关参数如下：
电机参数
电机额定功率:40000kW
电机额定电压：10kV
电机额定电流：2630A
额定频率： 50 Hz
额定功率因数: 0.85超前
额定转速：3000r/min
励磁机参数
定子部分
额定电压：265V 3PH Y型
额定电流：150A
额定容量：68.85KVA
转子部分
额定电压：190V
额定电流：675A
额定功率：12Kw
整流变压器参数
额定容量：11400/5700/5700kVA
额定电压：10500/2900/2600V
额定电流： 初级：627A 次级：2*1135A
矢量组别：Dd0+Yd5
制造厂家：德国西门子公司
逆变变压器参数
额定容量：12000/6000/6000kVA
额定电压：10500/2700/2700V
额定电流：初级：659.8A 次级：2*1283A
矢量组别：Dd0+Yd11
制造厂家：德国西门子公司
三、调试过程
(1) 设备到达现场后，指导安装人员进行现场安装，母线连接以及二次连锁线的接线工作。 (2) 静态调试
1.静态调试前对已经改造过的一次线路及新设备做耐压实验，确保电气安全。
2.相序校验：对新增功率柜、隔离柜、铜排走向、变压器二次出线点进行检验，确保从变压器到电机的整条线路相序正确。
3.备机的整流变压器，逆变变压器二次信号，同期信号切换到大力变频位(此时原西门子处在无备机状态，但不影响正在使用的机组，当SFC控制二次掉电后，信号全部恢复，正常备机)。
4. 二次线开闭点上电校验：当信号进入到新增SFC控制柜内，先直接用万用表测量进入是否与原图纸标识的开闭信号一致，再检测SFC控制板接受信号是否正常。
5.励磁给定测试：开关柜14处于正常运行位，这样可以在变压器二次侧直接观察电机定子感应电压状态，观察励磁给定和输出的偏差、观察励磁闭环响应速度、观察不同励磁下电机转子位子的捕捉。
6.故障保护测试：根据故障保护测试方案完成所有故障保护测试。
7.上位机显示界面数据校验：观察测试，观察各界面与本柜显示能一一对应。
8.二次连锁起动测试：所有前期测试工作都已顺利完成，不加高电压，屏蔽相关故障报警。从操作台给新增SFC发起动信号，测试起动流程是否正确。
(3)动态调试
1.电机从低速到高速参数测试及修订：测试并修改电机从低速转高速的切换参数、测试并修改电流限制庙宇值参数、测试记录切换过程中电流、电压的突变状态。
2.电机高速闭环参数测试及修订：定转速测试，即测试转速是否能稳定在600转、测试转速达到2950后同期是否给出同期信号、转速跳过特定的共振转速、高速斜率闭环测试、高速闭环参数调节、高速起动时间测试
3.电机同期过程闭环参数测试及修订：测试同期信号的给定是否正常、测试同期判断的方向是否正常、测试同期调节过程中励磁给定步长和转速变化控制步长、测试同期投切允许动作后的正常动作流程
经过多次模拟调试、静态调试和动态调试后，2014年10月17日带负载试车成功。起动时电机端电压为9789V，直流母线电流为1450A，母线侧电压为10018V（起动之前为10500V），母线侧电流为635A（0.24倍）。起动时间为134秒时转全压并网运行，同步软起动成功。
之后又进行了程序优化及参数计算调整，经多次起动验证，起动曲线正常，起动时振动小于西门子系统，起动时间小于西门子变频软起系统，起动正常、优于预期效果。
四、调试总结
通过此项目的开发与实践，实现了大型同步电机带负载从低速到全速且成功并网运行的全软起过程。实践验证表明，在加速过程中，断续换流切换到自然换流时过渡平滑，双闭环控制器具有良好的静态和动态特性，大力电工襄阳股份有限公司研发的SFC起动装置装置经受了多次考验，起动时电机各项参数均正常，表明大力电工研发的SFC装置可以进入应用阶段。 这次武汉钢铁集团公司能源动力总厂2#鼓风站西门子同步电机起动方式的改造成功，大力电工从工程应用出发，为全国其他进口大型同步电机的启动提供了宝贵经验，为用户带来了一种大型同步电机软起动的优质设备，打破了国外大型同步电机软起动厂家对这一技术的封锁。
附件一： SFC装置在武钢的应用报告
