軟啟柜在高壓電機中的應用

（蘭州寰球工程有限公司，甘肅 蘭州 730060）

0 引言

隨著科技水平的發展，大型、特大型電動拖動設備在各企業中得到廣泛的應用，對電動機的控制原理和技術指標要求也越來越高，傳統的星-三角啟動器、變壓器-電動機啟動、電抗器降壓啟動、自藕降壓啟動等已經無法滿足各行業的需要。高壓電機的軟啟動在近幾年得到了快速發展，控制原理也多種多樣，使設計單位和用戶單位難以選擇。基于此，該文闡述了高壓電機的軟啟動應用，并對軟啟動過程可能出現的問題做幾點說明。

1 配電系統及電機參數

1.1 配電系統

在內蒙古家景鎂業有限公司焦化升級改造年產30 萬t 甲醇項目中，須新建10 kV 開閉所為其生產裝置供電。開閉所規劃12 回路，其中6 個回路主用，6 個回路備用。電源取自烏海電業局興旺110 kV 變電站10kV 側。

該項目共分為6 個單元，6 個單元之間無電氣聯系。其中1 單元電氣主接線為單母線接線，2~6 單元主接線單母線分段接線。每個單元均由2 路進線，進線均使用高壓電纜。

1.2 電動機參數

該項目共5 臺原料氣壓縮機，該文以其中1 臺原料氣壓縮機的啟動為例說明，電動機型號為TZYW 5500kW 正壓型無刷勵磁同步電動機，額定功率5 500 kW，額定電壓10 kV，額定電流366 A，功率因數0.9（超前），額定轉速300 r/min。

該原料壓縮機電源取自10 kV 開閉所3 單元，母線在最小運行方式下短路電流6.63 kA，短路容量112.87 MVA。

2 高壓電機啟動方式選擇

2.1 全壓啟動計算

設備資料電動機的啟動電流倍數取6，由于線路較近，啟動時線路電壓降忽略不計。

式中：Uqm—母線標稱電壓相對值，kV。

Skm—母線短路容量，MVA。

Qfh—預接負荷的無功功率，Mvar。

Sq—啟動回路的額出輸入容量，MVA。

Sqm—電動機額定啟動容量，MVA。

Srm—電動機額定容量，MVA。

Kq—電動機啟動電流倍數。

Urm—電動機的額定電壓，kV。

Irm—電動機的額定電流，kA。

2.2 電動機的啟動要求

根據相關規范，電動機啟動時，其端子電壓應能保證被拖動機械要求的啟動轉矩，且在配電系統中造成的電壓下降不應妨礙其他用電設備的工作，即電動機啟動時，配電母線上的電壓應符合下列要求。

在一般情況下，電動機頻繁啟動時不應低于系統標稱電壓的90%。電動機不頻繁啟動時，不宜低于標稱電壓的85%，同時配電母線上未接照明或其他對電壓降敏感的負荷且電動機不頻繁啟動時，不應低于標稱電壓的80%[1]。

為了滿足規范要求，該電機選用降壓啟動。由于采用電磁軟啟動器啟動可以降低電動機啟動電流3~4 倍的倍數，該項目采用電磁軟啟動器并將啟動電流倍數調至3。

2.3 當電動機采用降壓啟動時

滿足要求電壓下降的電壓允許值的要求（該電機為不頻繁啟動）。

3 軟啟動的設備的選型及說明

3.1 軟啟動的設備選型

目前降壓啟動設備多種多樣，為了做到技術上可靠、經濟上合理，使用傳統的啟動方式在一次投資和技術上無優勢。綜合考慮各方面的因素，該項目最終選用了電磁調壓軟啟動器。

3.2 工作原理

嚴格按照國家標準執行電磁調壓軟啟動器的控制設計，有部分設計規范已領先于同行業，例如可根據用戶需求選配觸摸屏或工控機進行組態，實現實時監控。該項目采用一拖一方式，還可實現一臺軟啟動器拖動同電壓等級的多臺容量不同的電動機。其中主回路由電磁調壓器及旁路運行開關組成。

該設備將電磁調壓器原邊接于電動機定子回路，利用現代微電子控制和電力電子技術，通過控制電路控制變壓器二次回路中的可控硅的導通角，調節二次電流。根據電磁感應原理，調節控制調壓器副邊端電壓變化，從而控制調壓器原邊端電壓由高到低變化，根據串聯電路電壓分配原理，電動機端電壓從低到高呈一定規律的變化，進而實現軟啟動功能，根據電路反向控制原理，也可以實現軟停功能。

3.3 電路原理

電路一次原理圖如圖1 所示。

圖1 一次原理圖

3.4 技術說明

高壓磁控軟啟動器具有以下特性。1）額定電流大于電機的額定電流。2）可在-10℃～+45℃環境使用，不降容，不影響性能。3）裝置系統輸入50 Hz 的10 kV 電壓，用于電機進行啟動。4）電機啟動電流控制在電機額定電流2.5~4 倍可調，1 h 內可連續啟動4 次。5）裝置能實現遠距離DCS（分布式控制系統）操作，并可對其進行遠程/本地控制的切換。6）采用自然冷卻。7）具備自動旁路功能，啟動時間在10 s~60 s 可調。8）啟動方式具有聯動、手動、遠控功能。聯動是在送高壓時直接運行，手動為在軟啟動面板上啟動停止，遠控功能為外部啟動或停止信號送至軟啟動裝置時控制啟停。9）具有完善的保護功能及自診斷功能，在各種事故情況下，設備的安全均能夠保證。其具備過電流、速斷、超時、過壓、欠壓、旁路打開燈等保護功能。保護的性能應符合國家有關標準的規定。10）柜面有急停按鈕。11）操作盤能進行各種控制操作和參數設置。顯示面板具有電流、電壓、頻率、開、停、故障顯示及故障追憶等功能。12）具有計算機控制、監視、檢測、診斷功能及相應的軟件。13）具有1min 內200%過載的能力。14）有高壓帶電顯示裝置，該裝置在65%額定相電壓時應正常發光，其還具有電磁門鎖保護功能。15）主控制單元采用32 位ARM 控制系統為核心，具有處理精度高，響應速度快，抗干擾能力強等特點。

高壓磁控軟啟動裝置包括以下幾種開關量信號和模擬量信號。1）開關量輸入：啟動（2 個）、停止（3 個）、急停（2 個）、復位等信號，應預留不少于5 個備用干接點（開關量輸入回路在硬件上采取光電隔離措施，在軟件上采取消除接點抖動措施，并作好接地、屏蔽等抗干擾措施，預留備用干接點均為可編程接點。2）開關量輸出：軟啟就緒（2 個）、故障跳高壓柜（1 個）、運行（3 個）、故障（2 個）、停止（3 個）等信號，應預留不少于5 個備用干接點（開關量輸出模件應具有電隔離輸出，隔離電壓≥250V，能直接啟動任何中間繼電器，預留備用干接點均為可編程接點）。開關量輸入的外部接點和開關量輸出的內部接點全部為無源接點，開關容量為直流220 V、5 A。

4 故障對策及異常處理

在啟動過程發現電流過大且不能回落、開關誤動作等故障時，可按”停止”按鈕緊急停車，停止啟動過程。

在啟動中未確定和排除出現的故障時?？梢韵冉獬淮位芈罚龅蛪耗M實驗，并確定故障原因。已排除后可按電磁調壓柜上的“復位”按鈕，使系統進入待命狀態。

當運行過程中出現故障停車后，應對故障現象進行分析，并確定故障原因是出自開關柜，還是軟啟動柜或者聯鎖裝置，判斷出故障后，再進行故障修復，排除故障后，可以按下電磁調壓柜上的“復位”按鈕，重新啟動電機設備。

5 結語

隨著我國經濟的發展，高壓電機在化工中的使用越來越普遍，高壓電機的軟啟動有效地保障了電網安全運行。軟啟動技術成為了高壓電機啟動新的發展方向，在今后的生產企業中都將扮演重要的角色。