開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置在電動(dòng)軟起中的應(yīng)用

周敏聰

（佛山市南海區(qū)水利投資建設(shè)有限公司，廣東 佛山 528000）

開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置在電動(dòng)軟起中的應(yīng)用

周敏聰

（佛山市南海區(qū)水利投資建設(shè)有限公司，廣東 佛山 528000）

摘要：電機(jī)軟起動(dòng)器是改善異步電機(jī)的起動(dòng)，停止與運(yùn)行性能的一種裝置。本文就探討一種開關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)裝置的應(yīng)用，介紹其工作原理，闡述該裝置在泵站工程中的具體應(yīng)用，結(jié)果表明，采用該裝置可有效降低了起動(dòng)電流，解決了直接起動(dòng)帶來的危害。

泵站；軟起動(dòng)裝置；變壓器；仿真計(jì)算；應(yīng)用

普通電機(jī)在空載全壓直接啟動(dòng)時(shí)面臨兩種矛盾：一是起動(dòng)電流大，而電網(wǎng)承受電流沖擊的能力有限；二是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，而負(fù)載又要求有足夠的轉(zhuǎn)矩。這導(dǎo)致起動(dòng)設(shè)備復(fù)雜、帶負(fù)載能力差。隨后人們發(fā)明了高壓電機(jī)軟啟動(dòng)裝置。軟啟動(dòng)裝置雖能較理想地解決了以上矛盾，但是由于受可控硅件耐壓的限制一直難以解決，所以高壓電機(jī)軟啟動(dòng)裝置在應(yīng)用中很少。然而，開關(guān)變壓器式高壓軟啟動(dòng)裝置能很好地解決了這一問題。該裝置是對(duì)可控硅串聯(lián)式軟起動(dòng)裝置（俗稱固態(tài)軟起動(dòng)裝置）的改進(jìn)，它用開關(guān)變壓器（TK）的高壓繞組來代替可控硅串聯(lián)，而把可控硅放在開關(guān)變壓器的低壓側(cè)，這樣可控硅不用串聯(lián)，可靠性大大提高，同時(shí)又保持了可控硅串聯(lián)軟起動(dòng)的優(yōu)異性能，是性價(jià)比最高的軟起動(dòng)裝置。

1.開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置在電動(dòng)軟起中的應(yīng)用原理

開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置在電動(dòng)軟起中，運(yùn)行柜為k1，電動(dòng)機(jī)D與運(yùn)行柜構(gòu)成運(yùn)行工作系統(tǒng)；起動(dòng)柜為k2，開關(guān)變壓器TK與起動(dòng)柜共同構(gòu)成起動(dòng)回路。起動(dòng)電動(dòng)機(jī)并將k2合上，同時(shí)將觸發(fā)信號(hào)加到可控硅SCR中就可進(jìn)行相控調(diào)壓軟起動(dòng)；軟起之后，再將k1合上并將k2斷開，此時(shí)開關(guān)變壓器的電動(dòng)機(jī)就會(huì)開始正常運(yùn)行。

如下內(nèi)容為開關(guān)變壓器式軟起裝置在電動(dòng)軟起中的實(shí)際應(yīng)用原理：

當(dāng)起動(dòng)回路SCR中增加系統(tǒng)電壓時(shí)，電機(jī)D中與開關(guān)變壓器TK原邊中施加了電壓，但是因開關(guān)變壓器TK中的空載電流低于電機(jī)D的空載額定電流值，故在TK原邊需增加95%以上的電壓，新增加的電壓為u1，u2為開關(guān)變壓器TK副邊中增加的電壓，電壓通過正弦波波形表示。

當(dāng)觸發(fā)電壓施加于起動(dòng)回路SCR控制極時(shí)，起動(dòng)回路SCR導(dǎo)通。假設(shè)從α角處導(dǎo)通起動(dòng)回路SCR，則此時(shí)會(huì)降低u1，如圖1所示中實(shí)線就可表示u1電壓。外加電壓減去電機(jī)端電壓u1就是電壓uD，如圖2所示為D上的實(shí)際電壓波形。從圖示中可以看出，假如將控制角α前移，則會(huì)減小u2并增大uD。因此，按照上述思路對(duì)α由大到小連續(xù)調(diào)節(jié)，此時(shí)uD會(huì)由小到大連續(xù)變小，以此實(shí)現(xiàn)調(diào)壓軟起動(dòng)。

圖1　開關(guān)變壓器軟起動(dòng)裝置實(shí)際電壓

具體而言，開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)技術(shù)裝置具有諸多應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：

（1）在電機(jī)全壓直起電流0～100%的參數(shù)范圍內(nèi)可對(duì)電機(jī)軟起動(dòng)電流進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。

（2）可在期望范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)電機(jī)。

（3）可采用恒值式、斜坡式及首脈沖等方式分別對(duì)起動(dòng)電壓及電流進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)。在軟起動(dòng)過程中，為了有效限制起動(dòng)電流的最大值，可利用分級(jí)恒流式軟起動(dòng)方式進(jìn)行軟起動(dòng)。

（4）由于開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)電流較小，因此有效避免了其對(duì)公用電網(wǎng)及機(jī)械設(shè)備的強(qiáng)烈沖擊。

（5）開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)技術(shù)裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單、性價(jià)比高、維護(hù)、使用與控制靈活、方便。

2.泵站工程中開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置的具體應(yīng)用

隨著泵站工程不斷增多，開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置在此類工程中的應(yīng)用非常廣泛，本文重點(diǎn)選取了某渠泵站工程進(jìn)行案例分析，該泵站裝機(jī)量與單機(jī)容量分別為5臺(tái)與800kW，而且該泵站工程電機(jī)的額定電壓為6kV，泵站工程相關(guān)的電路設(shè)備運(yùn)行電路示意圖如圖3所示。

2.1 泵站工程中開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置運(yùn)行仿真計(jì)算

當(dāng)全壓起動(dòng)泵站工程中開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置系統(tǒng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電流的實(shí)際變化運(yùn)行規(guī)律如圖4所示。

從開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置起動(dòng)轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值變化曲線圖中可以看出，全壓?jiǎn)?dòng)開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置時(shí)，起動(dòng)電流大約是額定電流的5倍，因此這一大的運(yùn)行電流會(huì)對(duì)開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置造成嚴(yán)重?fù)p壞，而且會(huì)導(dǎo)致母線中的運(yùn)行電壓降低，從而對(duì)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。所以，為了科學(xué)保證開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置能夠正常運(yùn)行，本泵站工程重點(diǎn)選擇某公司研制的DJRQ05型開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置，采用程序控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)控制運(yùn)行，并使開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置的起動(dòng)電流是額定電流的1.5倍，如圖5所示為開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置起動(dòng)轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值變化曲線：

從上述開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置軟起動(dòng)轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值變化圖中可以看出，起動(dòng)電機(jī)軟起動(dòng)后，電流明顯降低，并將其科學(xué)控制在1.5倍額定電流范圍內(nèi)，此時(shí)可確保電網(wǎng)、電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定安全。

2.2 泵站工程中開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

泵站工程中開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置的運(yùn)行參數(shù)如下：

泵站工程中開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)方式：

首選恒流式輔之以首脈沖式及電流電壓斜坡式。

起動(dòng)電流：

結(jié)合實(shí)際情況將起動(dòng)電流調(diào)整為1.5倍額定電流。

電機(jī)保護(hù)功能：

電源電壓過高、過低及缺相分別為120%UN、80%UN及20%UN；

泵站工程中開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置軟起停時(shí)間：不限，程序調(diào)整。

開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置起動(dòng)情況：

①首先對(duì)柜上電進(jìn)行科學(xué)控制，各開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)采用PLC進(jìn)行檢測(cè)：起動(dòng)柜1QF斷開斷路器，隔離柜KM1、KM2、KM3斷開隔離開關(guān)。同時(shí)對(duì)電網(wǎng)電壓及PLC模塊等進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)，當(dāng)相關(guān)設(shè)備檢測(cè)正常并發(fā)出允許起動(dòng)信號(hào)后，亮起“允許”指示燈。

②當(dāng)“允許”指示燈亮起時(shí)，合隔離柜KM2、KM3及起動(dòng)柜1QF斷路器，此時(shí)起動(dòng)回路中接入開關(guān)變壓器。與此同時(shí)，采樣單元與觸發(fā)單元共同進(jìn)行工作。

③當(dāng)PLC檢測(cè)過程中電流表指針下降時(shí)，合閘信號(hào)發(fā)出，合閘隔離柜KM1、KM2并延時(shí)分閘KM3，電機(jī)運(yùn)行正常，結(jié)束軟起動(dòng)。

④軟起動(dòng)電機(jī)時(shí)，如有故障信號(hào)，將停止軟起動(dòng)柜1QF斷路器；如情況緊急，只需將緊急按鈕按下，就可使整機(jī)停止工作。圖6為開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置起動(dòng)電流曲線。

圖3　泵站工程中開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置電路設(shè)備運(yùn)行示意圖

圖4　開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置起動(dòng)電流與額定電流比值規(guī)律變化示意圖

圖5　開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置軟起動(dòng)電流與額定電流的比值

圖6　開關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置起動(dòng)電流曲線

結(jié)語

總而言之，軟起動(dòng)技術(shù)是在電子技術(shù)、現(xiàn)代模糊控制技術(shù)及微處理技術(shù)基礎(chǔ)上，采用領(lǐng)先的科學(xué)技術(shù)及具有可靠、安全運(yùn)行功能的電機(jī)控制設(shè)備進(jìn)行變壓控制的一種新型技術(shù)方式。與傳統(tǒng)的電機(jī)起動(dòng)技術(shù)裝置相比，開關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)裝置具有起動(dòng)性能強(qiáng)、占地面積小、設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單、設(shè)備運(yùn)行安全可靠等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。因此，這一新型的技術(shù)裝置可以取代傳統(tǒng)的工藝設(shè)備。本文在工程實(shí)例分析過程中，通過研究實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，能夠一次性成功起動(dòng)開關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)裝置。在此起動(dòng)過程中，技術(shù)人員可將起動(dòng)電流控制在1.5倍額定電流范圍內(nèi)，同時(shí)使母線電壓降低約6%。因此，經(jīng)過科學(xué)評(píng)估，該技術(shù)設(shè)備的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求，克服了傳統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行中的相關(guān)困難，值得廣泛應(yīng)用與推廣。

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