高壓軟啟動器在煉油部除焦水泵上的應用

劉波（中石化股份天津分公司煉油部）

一、概述

天津石化煉油部120萬噸/年延遲焦化裝置除焦系統高壓水泵采用2臺6kV/1600kW異步電動機驅動，采用全壓直接啟動的方式，電機功率比較大，而且此高壓泵需頻繁起動進行除焦作業。由于高壓水泵電機啟動電流高達電動機額定電流7倍以上，經常造成供電網電壓波動（壓降可達10%以上），影響整個母線上其他設備的正常運行；同時大電流會造成電動機繞組溫升過高，從而加速其絕緣老化，加上全壓直接起動轉矩過大對電機及高壓水泵的機械沖擊比較大，容易造成泵及聯接裝置的損壞，增加了設備維修量。

二、除焦高壓水泵全壓啟動存在的主要問題

高壓水泵采用全壓直接啟動，存在諸多問題，主要表現在以下幾個方面：

1、造成電網電壓波動，影響其它設備的運行

高壓水泵全壓直接起動時，系統母線電壓會降低12%左右，嚴重影響了照明系統及電子設備的穩定運行，特別是UPS、變頻器等設備。同時，由于起動電流過大，對煉油部廠西35KV系統主變壓器造成沖擊過大。

2、傷害電機絕緣，降低電機壽命

①大電流產生的焦耳熱反復作用于導線外絕緣，使絕緣加速老化、壽命降低。

②大電流產生的機械力使導線相互摩擦，降低絕緣壽命。

③高壓開關合閘時觸頭的抖動現象會在電機定子繞組上產生操作過電壓，有時會達到外加電壓的5倍以上，這樣高的過電壓會對電機絕緣造成極大傷害。

3、電動力對電機及水泵的傷害

大電流在電機定子線圈和轉子鼠籠條上產生很大的沖擊力，會造成夾緊松動、線圈變形、鼠籠條斷裂等故障。全壓直接起動時的起動轉矩大約為額定轉矩的2倍，這么大的力矩突然加在靜止的機械設備上，會加速齒輪磨損甚至打齒。

此套裝置自1997年投運以來，高壓水泵先后發生過電動機過載、電動機轉子軸彎曲等多起故障。例：2006年焦化1＃高壓水泵電動機轉子鼠籠裂紋斷條就因為以上原因造成。為改變這些缺陷，需要改變高壓水泵的啟動方式，即應采用降壓啟動。

三、高壓水泵降壓啟動方式的選擇

由于現今降壓啟動的方式很多，有傳統的串電抗器降壓啟動，液阻軟啟動，固態軟啟動降壓啟動、變頻器軟啟動等方式，由于液阻軟啟動存在安全隱患，水箱內液體汽化導致電纜三相短路，引發火災，而且揮發的潮氣會腐蝕電氣室的其他用電設備的電氣元件，久而久之會降低電氣元件的壽命。串電抗器降壓啟動，受安裝空間限制，改造現場不具備條件。采用高壓變頻器只實現高壓水泵的降壓啟動，成本太高不劃算。故本次改造只考慮采用晶閘管固態軟啟動器進行降壓啟動改造。經過對比，我們選擇了以色列SOLCON HRVS-DN高壓固態軟啟動裝置。

四、高壓軟啟動器在高壓水泵上的改造應用

結合1＃延遲焦化車間的工藝要求，把1、2＃除焦水泵電機啟動改為高壓軟啟動器降壓啟動，滿足高壓水泵除焦的各項要求。SOLCON HRVS-DN高壓軟啟動裝置的額定電壓為6kV，額定功率為1600kW，額定電流181A，軟啟動柜包括：可控硅組件、高壓真空斷路器、過壓保護器、電壓互感器、電流互感器、電流變換器以及電子控制系統。改造時保留原有高壓開關柜，將高壓開關柜回路作為軟啟動裝置的電源回路，軟啟動器安裝在6KVⅠ、Ⅱ段母線兩側，采用120mm2高壓電纜連接。

1、SOLCONHRVS-D N軟啟動裝置的工作原理

高壓電機的一次供電回路由幾個串、并聯的可控硅構成。當接通高壓開關柜，系統收到電機啟動信號時，由控制器按照控制曲線給出不同的可控硅導通角，使電機按一定的斜率逐漸增加電壓，平穩啟動，直到電機達到額定轉速之后，加上全電壓，使旁路真空接觸器（或真空斷路器）接通，關閉可控硅觸發信號，電機啟動完畢，軟啟動裝置繼續監視電機的運行狀態，并提供多種故障保護。

2、高壓軟啟動裝置的特點

SOLCON HRVS-DN軟啟動裝置具有以下顯著功能特點：1）啟動方式靈活，有現場按鈕啟動、鍵盤按鍵啟動、上位機遙控啟動、組合啟動。

2）控制方式多樣，根據電機負載的不同，軟啟動裝置可設定不同的控制方式。①斜坡電壓控制。給予一定的初始輸出電壓和軟啟動時間，電機在啟動過程中，電壓隨時間線性上升，直至電機達到額定轉速。初始電壓為全電壓的20%～80%，大小可隨負載性質而調整。

②限流控制。給予一定的限流系數，電機在啟動過程中，按限流控制方式輸出電壓，電流大小限制在電機額定電流的100%～400%。

③恒壓控制。給予一定的輸出電壓，電機在啟動過程中，按恒壓控制方式輸出電壓啟動。啟動時間為0～120s。

3）保護功能齊全：①缺相、欠壓保護。②電源過壓保護。③過流、速斷保護。④晶閘管組件保護。

3、高壓水泵軟啟動器的控制方式及保護設置

改造后，高壓水泵軟啟動裝置采用了斜坡電壓控制方式。電機在啟動過程中，按照給定的初始電壓Uo(現場設定3000V)和軟啟時間t(現場設定68s)，軟啟動裝置以步距為(U1-Uo)μ/t的值控制電機電壓隨時間線性上升，達到設定轉速后變為全電壓啟動。μ為輸出電壓與可控硅導通角的換算系數，U1為電機達速時的電壓。軟啟動保護設置主要有速斷保護（7.9倍額定電流，時間0秒），過載保護（1.2倍額定電流，時間為5倍過流時4秒），低電壓保護（70%額定電壓，時間2秒），過電壓保護（120%額定電壓，時間2秒）等

五、高壓軟啟動器實際應用效果

（1）從軟啟動曲線及直接起動曲線數據分析，軟啟動時起動電流為579.2A，是額定電流的3.2倍；而直接起動時起動電流約1267A，是額定電流的7倍。從實際起動過程來看，軟啟動達到了預期的效果，在保證電機起動轉矩滿足要求的前提下，降低了電動機的起動電流（從7倍左右降到3.2倍），并使起動過程對電網的影響降到最低，有效地保證了電網的可靠運行，同時降低了電網容量，降低了建設期電氣設備投資費用。

（2）起動過程中的功率損耗小。起動過程完成后，電機供電由軟啟動回路自動平穩地切換到旁路工頻運行。

（3）因為高壓軟啟動器比全壓啟動時電流小的多，所以啟動時對機組的沖擊較小，機組在啟動過程中發熱也較小，繞組的絕緣材料損壞小，從而延長電機的壽命。

設備改造后已經運行4年，目前運行良好，未出現過任何問題。

六、高壓軟啟動的日常維護及注意事項

1、日常維護

高壓軟啟動也屬于比較精密的電子設備，對安裝環境要求較高，最低環境溫度-5℃，最高環境溫度40℃。本次改造高壓軟啟動裝置安裝在高壓變電所內，具有空調設備，且室內較清潔，滿足其使用運行條件。為保障軟啟動裝置正常運行我們要做好日常維護保養工作。

（1）認真監視并記錄軟啟動人機界面上的各顯示參數，發現異常應即時反映。

（2）認真監視并記錄高壓間的環境溫度，環境溫度應控制在5℃～25℃之間。

（3）夏季溫度較高時，應加強高壓間的通風散熱，確保周圍空氣中不含有過量的塵埃，酸、鹽、腐蝕性及爆炸性氣體。

（4）軟啟動柜門上的過濾網通常每月應清掃一次，如工作環境灰塵較多，清掃間隔還應根據實際情況縮短。

2、注意事項

（1）確?，F場軟啟動原理圖齊全，并與設備實際情況一致，以利于故障狀況下的快速分析解決問題

（2）保護模塊定值不得隨意更改，確保保護動作靈敏可靠.

（3）做好軟啟動器的常用備品備件管理及應急預案。鑒于本次改造設備屬延遲焦化除焦重要設備，雖然軟啟動本體帶旁路輸出工作比較可靠，我們需做出軟啟動柜整體故障的應急預案，要求緊急情況下，直接將除焦水泵動力電纜接在高壓柜上，確保系統安全的情況下直接啟動。