水電站“軟啟動裝置”應用及防故障措施研究

應明

（國電浙江甌江水電開發有限公司，浙江 麗水323000）

在以往的水電站運行管理中，輔助設備的啟停由電機控制系統負責。輔助設備電機啟動會產生較大的短時啟動電流，會加大變壓器容量、降低電動機使用壽命，甚至燒毀電機。而電機控制系統保護功能不到位，不能有效降低輔助設備電機的啟動電流，“軟啟動裝置”應運而生，可有效控制電機的啟動電流。

1 水電站“軟啟動裝置”的應用

1.1“軟啟動裝置”的應用背景

在水電站生產運行中，需應用多種輔助設備，如空壓機、水泵、油泵等。這類設備均具備電動機，由電動機驅動設備。在設備電動機啟動時，會產生電動機額定電流八倍左右的短時電流，會對水電站造成一定影響，具體體現在以下幾方面：（1）短時大電流會使用電母線的電壓迅速下降，用電母線上連接的其他設備造成影響；（2）加大水電站的廠用電變壓器容量，提高水電站的投入成本；（3）燒毀電動機，在水電站生產運行中，多種輔助設備需頻繁進行啟動操作，啟動時產生的短時大電流，會對電動機造成不利影響，甚至燒毀電機；（4）在電動機產生八倍短時電流的同時，會產生力矩沖擊，對電動機及輔助設備造成影響，縮短其使用壽命[1]。

對于短時大電流的影響，技術人員大都采用減少電動機啟動電壓的方法，降低電動機啟動時產生的短時電流，如自耦變壓器降壓、電抗器降壓等。這類降壓方法存在降壓設備占地面積大、安裝運維復雜等問題，不利于輔助設備控制柜的正常運行。同時，電動機降壓啟動方法不能規避短時大電流造成的力矩沖擊，在輔助設備電動機保護方面效果不佳。

針對電動機減壓啟動的諸多不足，技術人員研發出“軟啟動裝置”，用于降低電動機啟動時產生的電流?！败泦友b置”的核心技術為數字控制技術，結合現代模糊控制理論，實現電動機的控制、保護及監測，保障電動機的穩定可靠運行。在電動機運行中，“軟啟動裝置”不僅能夠在標準規范的電壓和電流范圍內，控制電動機呈現平滑啟動、停止狀態，還可實施檢測電動機的運行狀態，避免電動機啟動或運行過程中產生較大沖擊力矩或沖擊電流。可見，在水電站運行中，“軟啟動裝置”的應用可有效降低電動機啟動產生的短時大電流，保障輔助設備的穩定可靠運行，進而實現水電站的穩定運行。在實際應用中，“軟啟動裝置”包括電流檢測回路、存儲器、出發回路、CPU、SCR、KM 及操作鍵盤等部分，技術人員需按照規范要求，將其組裝于同個殼體內，安裝在輔助設備控制柜中，控制輔助設備電動機的啟停，起到保護電動機與輔助設備的作用。

1.2“軟啟動裝置”的應用故障

雖然和傳統控制系統相比，“軟啟動裝置”在短時大電流控制方面優勢顯著，但其在運行中時常出現故障現象，影響其作用的發揮。通常來說，水電站位于河流或湖泊附近，周圍環境的溫濕度較高，輔助設備控制柜內相對潮濕，表現出濕度大、溫度高、通風效果不佳等問題，使“軟啟動裝置”的運行環境較惡劣。就此，在“軟啟動裝置”運行期間，其控制電路板可能會受溫濕度影響，產生凝露，影響“軟啟動裝置”的正常運行。同時，技術人員操作不當，會使“軟啟動裝置”出現機械故障，進而影響其正常運行。大量水電站運行實踐表明，設計人員在進行水電站的輔助設備控制柜設計時，各類“軟啟動裝置”產品均會在使用中出現故障或燒毀現象，對水電站的正常運行產生不利影響。在“軟啟動裝置”運行中，部分設備的故障或燒毀現象由設備本身的質量引起，更主要的原因在于輔助設備控制柜的設計存在問題，或技術人員的操作存在問題。

就設計角度而言，由于水電站建設于湖泊或河流附近，水電站輔助設備控制柜的內部環境相對潮濕。通常來說，水電站會在枯水期停止運行，控制柜內的部分輔助設備同時停止。而在水電站恢復運行后，輔助設備一旦通電，會在潮濕環境影響下出現短路現象，使“軟啟動裝置”被燒毀。

就操作角度而言，雖然部分技術人員在輔助設備控制柜內抗冷凝加熱器，用于提高控制柜內的溫濕度，規避潮濕環境帶來的不利影響。但部分技術人員應用的抗冷凝加熱器均需手動操作，不能結合輔助設備控制柜內的潮濕環境，進行自動化調節。細化來說，在抗冷凝加熱器應用時，需進行預加熱環節，逐步提升輔助設備控制柜內的溫度。而部分技術人員可能不按照規范操作規程操作抗冷凝加熱器，直接啟動抗冷凝加熱器，并開啟輔助設備的電機，會使抗冷凝加熱器喪失其功能，使“軟啟動裝置”被燒毀[2]。

2 水電站“軟啟動裝置”故障預防措施

結合大量水電站運行實踐，“軟啟動裝置”的故障原因集中于內部控制電路板位置產生的凝露。就此，在采取故障預防措施時，水電站可在引進性能優異“軟啟動裝置”的基礎上，采取輔助措施，通過自動化技術，使內部控制電路板不產生凝露，為“軟啟動裝置”創設良好運行環境。

2.1 應用智能溫濕度控制裝置

智能溫濕度控制裝置能夠在水電站內安裝多個傳感器，收集水電站運行環境的溫濕度參數，并將其與“軟啟動裝置”正常運行的環境參數標準對比。在環境實際溫濕度不符合“軟啟動裝置”運行要求時，智能溫濕度控制裝置可發出報警信號，“軟啟動裝置”不會啟動。同時，智能溫濕度控制裝置會發出控制信號，開啟抗冷凝加熱器與通風過濾網組，調節水電站的運行環境，使其溫濕度參數符合“軟啟動裝置”的運行要求。

為保障智能溫濕度控制裝置的功能發揮，水電站技術人員需做好設備選型，確保智能溫濕度控制裝置及傳感器，能夠在高溫高濕等復雜環境下運行。同時，智能溫濕度控制裝置需具備數據分析、故障檢測、聲光報警等功能，切實實現“軟啟動裝置”的智能化管理。其中，數據分析是指智能溫濕度控制裝置可對采集的溫濕度參數進行分析，結合溫濕度與標準數值的差距，選擇開啟抗冷凝加熱器或通風系統；故障檢測是指智能溫濕度控制裝置需具備自愈功能，實現“軟啟動裝置”的持續化監控；聲光報警是指在智能溫濕度控制裝置出現故障，不能有效調解水電站環境溫濕度的情況下，智能溫濕度控制裝置可自動報警，提示值班人員維修設備，保障其長期可靠運行，為“軟啟動裝置”創設良好運行環境。

2.2 應用抗冷凝加熱器

通過上述分析可知，在水電站“軟啟動裝置”管理中，抗冷凝加熱器具有溫濕度調節功能，可為“軟啟動裝置”創設最佳工作條件。為保障故障預防措施的有效落實，技術人員需將抗冷凝加熱器安裝于輔助設備控制柜內，并合理選擇設備型號，確保其功能的有效發揮。細化來說，抗冷凝加熱器需在交流220V 工況下，仍舊提供足夠熱量。就此，技術人員需根據輔助設備控制柜暴露表面積20W/m2的規格配置加熱器；在安裝加熱器時，采取機械保護措施，并將加熱器的帶電部分遮蓋；在安裝加熱器時，為其配置展開的鋁殼，避免加熱器和外界接觸，影響其加熱性能。同時，在抗冷凝加熱器出廠前，技術人員需對其進行運行測試，要求抗冷凝加熱器外罩所有位置的表層溫度，均低于70℃，不符合要求的加熱器返廠處理，嚴禁使用。

2.3 應用通風過濾網組

在水電站“軟啟動裝置”的溫濕度調節中，抗冷凝加熱器發揮加熱作用，通風過濾網組發揮散熱作用，該設備需安裝至輔助設備控制柜的殼體位置，通常安裝于控制柜的柜門或者柜頂位置。為避免昆蟲等動物進入控制柜，影響輔助設備運行效果，需選擇銀制細網或其他符合IP44 防護等級要求的濾網。為保障通風過濾網組和控制網的適配性，技術人員需為通風過濾網組的生產廠家提供控制柜的尺寸，使生產的通風過濾網規格符合要求[3]。

綜上所述，“軟啟動裝置”在運行期間易出現故障或被燒毀，影響水電站的正常運行。針對“軟啟動裝置”故障出現原因，技術人員需為輔助設備控制柜配置智能溫濕度控制裝置、抗冷凝加熱器與通風過濾網組，為“軟啟動裝置”創設良好的溫濕度環境，保障其長期可靠運行，發揮其在控制電動機啟動短時大電流方面的作用。