高壓電動機熱變電阻軟啟動器在京博石化焦化風機上的應用

梁晨明 張子平 魏建明

引言：介紹了高壓熱變電阻軟啟動裝置的工作原理、啟動特性及應用。該產品主要用于大型電動機的降壓啟動，它具有啟動電流小、母線壓降低、功率因數高等優點；與高壓變頻軟啟動相比，它具有性價比高、高次諧波少等優點。該產品在我公司3600KW焦化風機上得到成功應用。

一、概述

隨著冶金、石油化工等許多行業生產能力越來越大，其單機容量的不斷增加，其生產設備的驅動電機也越來越大，而普通籠型異步電動機在空載全壓直接起動時，起動電流會達到額定電流的5～7倍，當電動機容量相對較大時，該起動電流將引起電網電壓急劇下降，同時對電機本身產生很大的沖擊，這樣大型電動機的軟啟動問題就作為一個重要的課題被提出，各種各樣的軟啟動技術應時而生。高壓熱變電阻降壓軟啟動技術是其中最重要的也是最成功的技術之一，已逐步為市場所接受。現著重對該技術的技術現狀及展望作個簡單的介紹。

二、熱變電阻原理

談到熱變電阻器，人們很容易聯想到溫度敏感電阻器等，其實，金屬電阻材料的電阻特性一般呈現正溫度系數變化。半導體材料的溫度特性是負溫度特性。

電解質在水中的電離是比較復雜的，離子存在也是多種多樣的，有單個陰、陽離子存在，也有多個陰、陽離子與水分子等吸附在一起形成的離子團。離子團的存在是影響電解液導電的一個重要因素，它使很多單體離子失去獨立的載流作用。離子團的存在受溫度的影響，當溫度逐步升高時，離子團破壞，釋放出單體自用離子和離子團，導電能力增強強，呈現明顯的負溫度特性。

通過研究這種電解液體有以下明顯的特點，可以利用：

1、導電為液體材料，可以流動，可以自循環，可以根據需要制成各種導電結構形狀，可大可小；

2、水溶液比熱率大，因而可以根據需要制成各種大容量電阻器；

3、具有明顯的負溫度電阻特性；

4、物理-化學性能穩定，重復性強，耐久性好，性能穩定；

5、成本低廉，不消耗貴重金屬，屬綠色環保產品，無三廢排放；

因為具有以上顯著特點，使得電解液體具有廣泛的應用，利用高壓熱變電阻制成的高壓大型電動機降壓啟動器就是其中重要應用之一。

三、高壓熱變電阻軟啟動裝置

高壓熱變電阻啟動器是利用上述理論解決大型高壓電動機的軟啟動問題而開發的新產品—高壓大容量熱變電阻。它由開關柜殼體、液箱、熱變電解液、電極及導流機構等組成。

在電動機啟動時，將該電阻器串入電動機的三相定子回路中，實現電動機降壓啟動，當電動機啟動時，電動機的定子電流流過熱變電阻器從而使電阻體發熱，溫度逐步升高，電阻逐步下降，在電動機啟動電流基本恒定的情況下，電動端電壓逐步升高，從而使電動機轉矩逐步增大，實現電動機的平滑啟動。

熱變電阻的導流機構的另一個作用就是快速將高溫導電液體導出，使有效電阻區域內的液體快速降到常溫，以便下一次啟動。

采用高壓熱變電阻器實現降壓啟動的電動機有以下的新著的啟動特性：

1、恒電流軟啟動特性 在電動機啟動過程中，電流基本保持不變，數值可以保持在2.5Ie以下，且具有顯著的軟啟動特性；

2、啟動過程系統功率因數高且接近恒定 一般采用熱變電阻降壓啟動的電動機系統功率因數都在0.8以上，且整個啟動過程接近恒定不變；

3、母線壓降小 由有上述1、2特性，使得電動機在啟動時對電力系統的影響降到最低，母線電壓降在5%左右；

4、電動機啟動平穩無沖擊 電動機的啟動轉矩由小到大逐步增高，因而使機械設備啟動平穩，無沖擊、無嘯叫聲，且機械能平穩超越諧振轉速，使機械設備免受損害；

四、應用情況介紹

我們山東京博石油化工有限公司于2007年100萬噸/年焦化裝置新上6KV 3600KW引風機1臺，主電動機啟動設備選用了HTR1-Y型高壓熱變電阻軟啟動裝置，引風機電動機主要參數如下：P=3600KW， U=6KV，I=410A。

這臺風機的電動機是我公司目前最大的一臺電動機。大功率的電動機的啟動電流很大，啟動瞬間對電網的沖擊更大，對電網和機械的沖擊所帶來的危害很大，這是我們最為關心的問題。我們公司6KV主配電室的進線電纜有600多米長，已經運行5年多，是瓶頸式的薄弱環節。同時線路也是其他主要裝置的供電線路，根據線路供電參數，經過理論計算后，若采用傳統的啟動設備，線路承受不了如此大的啟動電流，600米長的電纜線將成為事故的高發段。同時勢必影響同一供電線路的其他在線設備的安全運行。如果更換電纜，將投資75萬元，而且施工難度較大。我們選用了一臺容量為4000KW的熱變電阻軟啟動裝置，作為這臺大電動機的啟動設備。

該啟動設備經過多次試車啟動及實際運行啟動，無論是啟動電流還是線路壓降，均達到了設計要求。

這臺設備從安裝調試和近一年的使用情況來看，主要有以下特點：

1、啟動電流小，測的實際啟動電流在1000左右，說明在啟動過程中具有一定的節能效果，并改善啟動特性。

2、電網壓降小，電壓控制在5%左右，可見啟動時對電的沖擊在理想的范圍以內；

3、啟動平穩，啟動電流平滑，沖擊相當小。

4、一次性投資少；

5、無需維修，由于啟動裝置的熱容量大，對啟動設備無損傷，所以安全可靠，基本無需維修。

五、社會效益

高壓熱變電阻的研制成功，尤其是超大容量產品的成功研制和產業化的實施，為我國大型電動機的啟動提供了一種經濟可靠的啟動方式選擇方案。

（一）節約一次性投資和維護成本

1、高壓熱變電阻器本身造價低，控制系統簡單，總體直接投資在高壓大型電動機各啟動方案中是較經濟的一種方式，相比進口的變頻器更顯價格優勢，只是同能進口設備的1/8-1/5。

2、節約長期技術性投資 該方理論成熟，結構簡單，性能穩定、運行可靠、基本免維護，一般的技術工人通過培訓后就可以滿足使用和維護的需要

（二）節能

1、如前所述，采用該啟動方案可以大大降低電動機啟動對電力系統的要求，降低電力變壓器運行損耗，節約運行成本。

2、由于傳統的電動機啟動方案存在許多技術問題，比如在啟動時，容易燒電機、易造成電網壓降大，影響系統負荷的運行，或者諧波嚴重等，采用了熱變電阻降壓啟動后。

針對上述的要求，為解決年內啟動2-3次，高壓熱變電阻啟動器投資少、使用簡單、穩定性好，占較大的優勢，值得推廣。

參考文獻

[1]熱變電阻器〔余龍海〕北京大力浩然工業控制技術有限公司.

[2]熱變電阻在鼠籠電動機中的應用〔肖寶林〕 湖南湘潭鋼鐵集團公司.

（作者單位：山東省博興縣京博石化東區項目部）