軟啟動技術在礦井主排水泵控制中的應用

常戰勝，張立廣

（赤峰柴胡欄子黃金礦業有限公司，內蒙古 赤峰 024039）

伴隨著我國經濟的快速發展,科學技術也隨之而發展，在礦山企業中也一樣，其科技含量隨之增大，與此同時，因為經濟發展的需要，國家對能源開發有著更高的要求,煤礦等自然能源的不斷開發,使井下對主排水泵的控制系統要求不斷提升.傳統的主排水泵控制啟動是依賴高壓液阻柜進行控制，因為其運行原理的問題，在使用中會出現各種各樣的問題，如何解決這些問題，減少礦井主排水泵控制中短一些問題是我們必須要思考的。

1 電機啟動現狀

目前在礦井中的排水泵電控系統原有應用的是高壓液阻柜進控制起動運行。液阻起動柜，其工作原理是在電機的定子或是轉子中串入一特制的液體電阻，通過改變液體電阻中的兩個極板間距來改變阻值，從而達到降壓起動的目的，隨著阻極板間的距離平滑縮短，電機平滑起動，起動結束后液體電阻自動切除，旁路接觸器吸合，起動過程結束。但是其隨著在使用中會存在：維護量大（需定期補液，且水質要求高）、電極損耗大（因腐蝕問題會要求定期更換，且更換工作量大）、事故率大（因水汽蒸發會倒是啟動柜內電控元件受損，從而導致各種事故）。針對這些問題我們進行了認真調研和探討，一致認為只有采用高壓固態軟起動柜進行水泵啟動運行才能解決問題，故在本次研究中我們選用高壓固態軟啟動柜進行水泵起動，以期能有效解決現有三號井的升級改造問題[1]。

2 軟啟動系統簡介

2.1 結構及原理

所謂軟啟動指的是在啟動過程中電壓由零慢慢提升到額定電壓，這樣一來電機在啟動過程中的啟動電流將由傳統過載不可控變成為可控，這時候使用者能根據具體需求進行電流大小調節，在整個過程中電機平滑啟動運行，能有效避免沖擊轉矩。目前我國的軟啟動系統、軟啟動器很多，本文我們采用的是高壓固態軟啟動器，這是現在應用最為廣泛的一款籠型電機配套軟啟動器，其是以以一體式高壓模塊式固態軟起動器為核心部件，采用標準KYN28A柜體，可以配備高壓斷路器、高壓互感器、接地開關，以使高壓運行柜和起動柜合二為一，具有結構緊湊，尺寸更小，維護更方便等優點。不僅如此，其裝置可以根據不同的現場實際情況設置啟動參數、停機的相關參數和各種保護功能的設定值。且高壓固態軟啟動系統的啟動方式是以晶閘管為核心，在性能、安全以及后期維護上和傳統的軟起動有著無法比擬的優越性。 其工作原理是：通過控制晶閘管的觸發角來控制輸出電壓的大小，滿足電機起動過程中不同的電流及電壓要求。在電機起動過程中，按照預先設定的起動曲線，增加電機的端電壓，使電機平滑加速，從而減少了電機起動時對電網、電機本身及電機負載的電氣及機械沖擊。當電機達到正常轉速后，旁路短接接通，電機起動完畢。此后，軟起動裝置繼續對電機提供基本運行保護[2]。

2.2 軟啟動系統優勢

本次研究我們采用高壓固態軟啟動器進行柴胡欄子金礦三號井主排水泵的升級改造，其有幾方面的優勢:首先，高壓固態軟起動柜具有體積小，不占空間，便于并柜，美觀大方等外觀優勢；其次，通過軟啟動系統高壓固態軟起動可以頻繁起動，無需冷卻和額外加溫、除濕等；再次，其還有這免維護，模塊化設計檢修方便；不僅如此其還具有保護功能完善能時刻保護、安裝方便簡單、菜單豐富，顯示直觀點。

不僅如此，固態軟啟動柜還具有以下功能：

（1）保護功能：①過流、欠流保護；②缺相保護；③過壓、欠壓保護；④可控硅短路保護；⑤零序保護；⑥電機起動超時保護；⑦起動過頻保護；⑧相序保護；⑨三相電流不平衡保護；⑩電機過載保護；可控硅溫度保護；旁路接觸器故障保護；外部故障輸入；門禁連鎖保護。

（2）控制功能：①要求采用現代先進的數字信號處理和系統集成技術，性能卓越、可靠性及穩定性高。②要求分別有正常運行及故障狀態輸出信號。③具備通訊功能：選用RS485接口,通過此項功能可以直接與上位PC機通訊來實現遙控及遙信等功能.實現集成控制。④能夠具有實現一拖二或以上的控制方式。

（3）固態軟啟技術要求：①以高壓晶閘管為主回路控制部件，并設有均壓、均流回路。具備技術先進、結構緊湊、安裝維護方便等特征。②采用先進的光纖傳輸技術，實現高壓晶閘管的觸發檢測及低壓控制回路之間的隔離。③采用單片機對數據及通信進行管理，使設備控制實時高效，顯示直觀，可靠性高，穩定性好。采用信號多級處理、隔離技術，使系統具有很強的抗干擾能力。④晶閘管、光纖觸發、光纖反饋、電壓電流轉矩全數字控制。⑤技術性能參數初始電壓：30%～80%可調；限流倍數：150%～500%可調；起動、停止時間：1～60秒連續可調；輸入方式：菜單化，中文LCD液晶顯示，按鍵式設置參數；可讀取輸出電流、啟動次數、運行時間及故障信息等參數；內控、外控、通訊控制；軟起、直起、軟停、自由停止；正比于電機電流的模擬輸出；噪音：＜80db。

（4）固態軟起動裝置自帶完善的旁路功能，起動完成后自動切換到旁路運行[3,4]。

圖1 水泵房

3 軟啟動技術的應用

用軟啟動器組成的軟啟動控制系統一般會采取兩種形式：一是在線控制軟啟動系統和旁路切換系統，在這種情況下一般采取“一拖一”的方式，即一臺電機配備一臺負載電動機，負載電動機的起動由相應的軟啟動機器來完成。二是選用長期工作制的軟啟動器，以此實現對電機的起動、運行、停止全過程控制，且因其設置了主接線和控制系統的原因，控制起來非常簡單。而高壓固態軟啟動系統的啟動方式是以晶閘管為核心，在性能、安全以及后期維護上更具優勢。為了更好的檢驗軟啟動系統的優越性，在研究過程中我們通過對赤峰柴胡欄子金礦三號井主排水泵軟起動控制的升級改造，整個改造工作從2020年5月份實施完成，在三號井采用了3臺主排水泵，電機型號均為YKK4503-2型，功率280KW，電壓10KV，電流20.5A，轉速2973r/min，在使用后我們發現其改造后的使用效果完全能達到預期功能和效果。安裝后我們發現其有著明顯的優點：首先其大大降低了后期的維修量，基本做到了免維、免修，日常保養耗材大大降低，大大降低了礦上的維修成本降低；其次高壓固態軟啟動系統有著有良好的人機交互功能，使其顯示直觀，能更好的實現保護；再次，因其靈活性，使其應用高壓電機的保護參數齊全，安全可靠性高，有效的保證電機的正常使用和電機使用壽命；不僅如此，因其具有自動控制功能，可實現遠程控制，組網控制，最終能有效實現無人值守，達到自動化減人目的。

4 結語

社會的進步帶來了科技的進步，我國對電機的控制極力和技術指標也越來越高，傳統的降壓起動設備已經無法滿足生產的需要，在這種背景下，我們展開此方面的研究是非常有必要的，采用高壓固態軟起動的方式代替傳統的高壓液阻柜起動，這從根本上改變了傳統降壓起動器在起動時產生的電壓、電流突變帶來的不良后果，是傳統的降壓起動方式的理想替代產品。這不僅有效達成目前國家提倡的各種新技術要求，同時在內蒙古自治區可達到先進水平，對山東黃金集團在內蒙地區的其他類似礦山及未來收購開采其它礦山有很好的推廣應用前景。