淺析海上互為備用一拖多軟啟動器的應(yīng)用

左志鵬 杜銀昌 黃波 張?zhí)靸x

摘 要：隨著海上平臺對生產(chǎn)設(shè)備供電可靠性和電力系統(tǒng)供電穩(wěn)定性要求的逐步提高，對于諸如大功率電機的啟動沖擊電流及大容量變壓器的啟動涌流的抑制手段要求也在逐步提升。現(xiàn)以某海上平臺所應(yīng)用的互為備用一拖多軟啟動器為例，分析軟啟動器這一應(yīng)用手段的可行性和對后續(xù)工程項目的借鑒價值。

關(guān)鍵詞：啟動沖擊電流;勵磁涌流;互為備用;一拖多軟啟動器

0? ? 引言

海上平臺電力系統(tǒng)是集發(fā)電、變電、輸電、配電于一體的完整系統(tǒng)，隨著石油的需求量逐年增加，對于主要生產(chǎn)設(shè)施的供電保障要求亦在提高。一些大功率的用電設(shè)備和大容量變壓器由于其啟動電流和合閘涌流過大，常導(dǎo)致電機啟動和變壓器合閘失敗。軟啟動器是解決該問題的有效手段之一，而采用一拖多軟啟動器，通過一臺軟啟動器即可實現(xiàn)多臺設(shè)備的啟動，提升了供電方案的經(jīng)濟性;電力系統(tǒng)中同時設(shè)置兩臺互為備用軟啟動器，又進一步提升了供電系統(tǒng)的可靠性，是一種較優(yōu)的方案。

1? ? 軟啟動供電方案

某平臺10.5 kV中壓系統(tǒng)包含兩臺10 MVA升壓變壓器及三臺1 500 kW的電機，由于在最小運行工況下電機啟動電流過大，變壓器空載合閘涌流較大，不僅會增大電機回路啟動轉(zhuǎn)矩，縮短電機壽命，同時還將導(dǎo)致相關(guān)回路無法順利合閘供電，甚至?xí)捎谶^大的電流沖擊使系統(tǒng)壓降超過允許范圍，導(dǎo)致電源側(cè)相關(guān)保護動作使部分發(fā)電機退出，從而擴大故障的影響，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)最終崩潰。為解決該問題，需采用合適的啟動方式以避免沖擊電流帶來的影響。在啟動過程中，若降低啟動電壓，對于電機可降低啟動電流、啟動轉(zhuǎn)矩及最大轉(zhuǎn)矩，對于變壓器則可減小勵磁涌流。

傳統(tǒng)的降壓啟動方式一般選擇定子繞組串電抗器啟動、自耦變壓器降壓啟動、星角轉(zhuǎn)換控制啟動，現(xiàn)代降壓啟動方式常選擇晶閘管調(diào)壓軟啟動器和變頻器調(diào)速軟啟動器。軟啟動器由于其固態(tài)設(shè)計，維護量小，啟動電流、啟動轉(zhuǎn)矩和機械震動降低，加減速平滑，電流閉環(huán)啟動，電動機保護完善等諸多優(yōu)點已經(jīng)成為當(dāng)今眾多啟動方式中的較優(yōu)選擇。而對于變壓器由于其勵磁涌流發(fā)生于合閘瞬間，且電流沖擊較大，除軟啟動器外亦可采用控制合閘角時間、主回路增加一次旁路阻抗、變壓器預(yù)充磁等多種方式抑制勵磁涌流。

此平臺選擇了兩臺一拖五軟啟動器用于三臺電機及兩臺變壓器的啟動，如圖1所示。每臺軟啟動器通過主動力電纜直接連至五臺設(shè)備的開關(guān)下口，可靈活選擇任一臺設(shè)備啟動，同時在MA和MB母段分別配置相同軟啟動器，在任意一臺出現(xiàn)故障時，仍可通過另一臺軟啟動器啟動相連的所有五臺設(shè)備。

2? ? 軟啟動流程

現(xiàn)以軟啟動器1、變壓器1、電機1為例詳述該配置軟啟動器的啟動過程，如圖2所示。

每臺軟啟動器柜內(nèi)集成兩套獨立軟啟動裝置，軟啟裝置1專用于變壓器回路的充磁，軟啟裝置2用于電機回路的啟動，每個接觸器出口通過動力電纜連接至待啟動設(shè)備主回路的開關(guān)下口，待啟動設(shè)備的主電源開關(guān)（VCB001、VCU002）作為軟啟動器的“旁路”。以電機1的啟動為例簡述具體啟動流程如下：

（1）高壓開關(guān)柜VCU001、VCU002在工作位無故障，軟啟動裝置2準(zhǔn)備就緒無故障，電機1狀態(tài)正常無故障。

（2）在電機1的現(xiàn)場操作盤按啟動按鈕，啟動命令到達軟啟動裝置2后進入軟啟動控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)判斷軟啟動裝置2是否具備啟動條件，具體條件如下：

1）高壓開關(guān)柜VCU001、VCU002均在分閘狀態(tài);

2）電機選擇接觸器KT-3在分閘狀態(tài);

3）變壓器選擇接觸器KT-1、KT-2均在分閘狀態(tài)。

以上任意一個開關(guān)柜或接觸器在合閘狀態(tài)，軟啟動是不可以對電機或變壓器進行啟動的（開關(guān)柜或接觸器的狀態(tài)點均會反饋到軟啟動柜的控制系統(tǒng)內(nèi)，進行邏輯互鎖）。

（3）當(dāng)控制系統(tǒng)檢測到條件具備后，對電機1選擇接觸器KT-3發(fā)出合閘命令，KT-3合閘后將其狀態(tài)點反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)檢測到KT-3的合閘狀態(tài)正常。

（4）對高壓開關(guān)柜VCU001進行合閘，VCU001合閘后將其狀態(tài)點反饋給軟啟動裝置2的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)檢測到VCU001合閘狀態(tài)正常。

（5）控制系統(tǒng)對軟啟動裝置2發(fā)出啟動命令，接收到啟動命令后，通過電壓檢測裝置檢測反饋電壓是否正常，如正常按設(shè)定的參數(shù)對電機進行啟動，當(dāng)軟啟動裝置2檢測到電機1已經(jīng)達到全速時，對控制系統(tǒng)發(fā)出啟動完成命令。

（6）控制系統(tǒng)檢測到啟動完成狀態(tài)后，對開關(guān)柜VCU002發(fā)出合閘命令，VCU002合閘后將其狀態(tài)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)分別對VCU001、KT-3、軟啟動裝置2發(fā)出停車命令，電機1的啟動過程結(jié)束。

變壓器1的啟動過程與電機類似，這里不再贅述。

3? ? 結(jié)語

經(jīng)驗證，海上平臺采用互為備用一拖五軟啟動器不僅提高了大容量設(shè)備啟動的靈活性，同時也提高了軟啟動設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

[參考文獻]

[1] 賀家李，李永麗，董新洲，等.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].4版.北京：中國電力出版社，2010.

[2] 王錫凡.現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

收稿日期：2020-04-16

作者簡介：左志鵬（1986—），男，遼寧開原人，電氣專業(yè)工程師，主要從事海洋工程電氣設(shè)計工作。