高壓軟起動裝置在地采排水系統中的應用

張建偉

（攀鋼礦業公司攀枝花鐵礦，四川攀枝花 617000）

0 引言

攀鋼礦業公司攀枝花鐵礦尖山地采井下排水裝置部署在1200 m 水平中段，正常涌水量5126 m3/d，最大涌水量51 342 m3/d。井下設有中央水泵房一座，泵房內共有6 臺型號為MD580-60×7 的水泵，配套電機型號YKK560-2-4、額定電壓10 kV、功率1000 kW、額定電流70 A。采用井下集中排水的方式，通過中央水倉由主水泵站排出。

泵站為一級雙回路電源供電，10 kV 電源取自上級35 kV變配電站兩臺8000 kVA 變壓器，由阻燃交聯聚乙烯絕緣鎧裝護套電纜引入中央主排水泵站配電室，配電室內分別安裝起動柜控制6 臺水泵電機，用于水泵電機的啟停操作。

由于高壓電機功率較大，過大的起動電流會造成電機線圈發熱老化，起動時對機械裝置和電網的沖擊也非常大，不但導致設備維修量增加，減少其使用壽命，還會對同一電網上其他設備帶來影響。因此，必須選擇合適的起動方式。綜合多方面的因素來看，高壓軟起動器十分符合井下作業工況。

1 高壓軟起動的選擇

國內軟起動方式應用比較廣泛，高壓軟起動器主要類型有液態水阻軟起動、VFS 晶閘管軟起動、RYZQ 干式軟起動。

（1）液態水阻軟起動。液態水阻軟起動的體積大、占地范圍廣，每一套水阻起動柜的柜體，構成復雜，需要水箱、極板和軸承等，另外還要配備用于起動完畢后短接水阻柜的旁路柜等裝置，操作、維護均比較麻煩，不適合井下硐室的有限空間，在井下使用存在一定的安全隱患。

（2）VFS 晶閘管軟起動。VFS 晶閘管軟起動是利用晶閘管斬波原理，通過對晶閘管導通角的控制來改變電源的頻率和電壓，使電機的起動電流隨著時間的增加成比例升高，整個起動過程會出現較大電流，產生諧波污染，晶閘管容易因過熱受損，而井下硐室環境惡劣、粉塵重、濕度大、溫度高，電力電子器件無法可靠運行。

（3）RYZQ 干式軟起動。高壓干式調壓軟起動柜，結構緊湊、便于安裝，可以將運行、旁路柜和軟起動柜集成在一起，要實現電機電壓調節，就需要調整串聯在起動回路中的電感線圈。這種起動裝置適應范圍廣，可以在-30～50 ℃的環境工作，對溫度、濕度及空間的要求不高，可以滿足礦山地采的作業環境。

表1 為各起動方式的性能對比。從表1 可以看出，受礦山井下高粉塵、潮濕環境的影響，干式調壓軟起動最為符合攀枝花鐵礦地采排水電機的使用要求。

表1 各類起動方式的性能對比

2 干式調壓軟起動的技術分析

2.1 工作原理

干式調壓軟起動是在起動回路中串接了可以進行調節的電感線圈，通過對線圈磁場的調整，改變磁場強度H，使磁介質的導磁率μ 發生變化。隨著電感線圈感抗XL在設定時間內的增減，對電機的端電壓進行平穩調節，實現無極調速。

高壓軟起動器接在電源和電機之間，電機啟動時，軟起動裝置自動投入，實現平滑起動，避免因過流出現跳閘。電機達到額定轉速后，旁路接觸器主觸頭變成動合狀態，電機進行全壓運行。電機停止時，電壓緩慢降低，轉速持續下降實現軟停機，避免急停造成的機械沖擊。

2.2 工作特點

干式調壓軟起動器屬于自動控制設備，初始起動階段，起動電流會按照設定的時間，以一定的斜率逐步上升，高壓水泵電機運行后，起動電流變化的反饋信息，自動對電壓進行調節，達到設定值后便保持在恒流運行狀態，直到結束整個起動過程。正常情況下，起動電流的上升率將隨現場負載的變化，自動進行調整：電流上升率di/dt越高→起動轉矩T 就越大→起動時間tst就會越短。當起動轉矩需要在50%～90%范圍內調節時，起動時間可在2～30 s 進行調整。這種起動方式在泵與風機類負載應用十分廣泛，尤其適合在礦井高壓排水泵中使用。軟起動斜坡特性曲線如圖1 所示。

圖1 軟起動斜坡特性曲線

干式調壓軟起動器的主要作用是對高壓電機進行起動控制，達到保護和節能的目的。與其他類型的起動器相比，具有以下4 個優點：

（1）安全節能。適用于苛刻的環境條件，安全性高。電機處于輕載運行時，軟起動器會自動調低電壓，減小空載勵磁電流等無功損耗。

（2）平穩可靠。起動時電流按一定的斜率上升，無沖擊電流。停機時平滑減速，克服了瞬時斷電對電機造成的損傷，避免了水錘效應對設備的傷害。

（3）設置方便。保護功能齊全，電流、轉矩、時間等控制參數可以按照實際負載和電網繼電保護特性進行合理選擇，并調節至最性狀態。

（4）無需維護。結構緊湊、節約空間，方便與周圍設備拼裝，干變特性，不需要經常維護，可以減少人工費用和備件材料消耗。

3 干式調壓軟起動器的實際應用

3.1 組成

在攀枝花鐵礦地采排水主排水泵站配電室，采用干式調壓高壓軟起動柜，與KYN28 型中壓開關柜連屏安裝。軟起動柜內有3 只電流互感器、1臺真空斷路器、2 臺真空接觸器、1 組干式移磁無級調壓軟起動器等元件。軟起動繞組采用三相全密封式真空注膠，確保繞組線圈和外界氣體完全隔離。圖2 為干式調壓高壓軟起動裝置的結構組成。

圖2 干式調壓高壓軟起動裝置結構組成

3.2 操作方式

干式高壓軟起動器具備控制、保護及報警，以及記錄運行時間、事件記錄等其他功能。控制面板有LED 狀態指示和液晶面板顯示，簡單直觀，可通過柜上、機旁和中控3 種方式操作軟起動器。

3.3 相關參數設定

高壓軟起動器的電流限流系數設定為2.0Ie，起動電壓設定為0.5Ue，欠壓和過壓值分別設定為0.3Ue和1.2Ue，過流系數設定為1.5Ie，連續起動間隔時間設定為5 min，起動與軟停時間均設定為30 s。

4 結束語

高壓大容量電機如果起動方式不合理，將會影響供電系統的穩定運行，引起電網波動甚至保護跳閘。而干式調壓軟起動能夠確保電機在起停過程中不出現沖擊電流，滿足地采排水的實際需要。

攀鋼攀枝花鐵礦尖山地下礦采用干式調壓軟起動，自2020年運行以來10 kV 高壓電機運行平穩，軟起動裝置起動時電流平穩上升到額定電流，減小了對35 kV 降壓站變壓器的沖擊，為礦山地采中央水倉的正常排水提供了保證。