鞍山加壓泵站恒速高壓電機(jī)啟動(dòng)方式選擇

蔡 瀏

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 沈陽(yáng) 110006)

龐鍇鋒 張玉君

(大連市供水有限公司 116021)

1 引言

鞍山加壓泵站是大伙房水庫(kù)輸水應(yīng)急入連工程第一級(jí)加壓泵站，設(shè)3臺(tái)變頻調(diào)速水泵、3臺(tái)恒速水泵，水泵配套電機(jī)均采用感應(yīng)式鼠籠型6kV 高壓電機(jī)，電機(jī)功率均為3550 kW。由于變頻調(diào)速裝置具備軟啟動(dòng)功能，作為調(diào)速運(yùn)行的水泵電機(jī)可采用變頻裝置啟動(dòng)，而作為恒速泵運(yùn)行的水泵電機(jī)則應(yīng)配置適當(dāng)?shù)能泦?dòng)裝置。

2 軟啟動(dòng)裝置分類

中高壓電機(jī)軟啟動(dòng)，是在中高壓(主要指6kV、10kV)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中，隨著電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的不斷建立，電機(jī)端電壓由某一值逐漸平滑、無(wú)級(jí)地上升至全壓，轉(zhuǎn)速由0 上升到額定轉(zhuǎn)速，最后依靠旁路甩掉軟啟動(dòng)控制裝置。

軟啟動(dòng)裝置是一種集電機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新型電機(jī)控制裝置?？煞譃橛屑?jí)和無(wú)級(jí)兩類。傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)均是有級(jí)的，如星/角變換軟啟動(dòng)，自耦變壓器軟啟動(dòng)、電抗器軟啟動(dòng)等。本文闡述的是無(wú)級(jí)類的，目前高壓電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的電氣裝置主要有:高壓變頻軟啟動(dòng)器、磁控軟啟動(dòng)、高壓液態(tài)電阻軟啟動(dòng)、晶閘管高壓軟啟動(dòng)裝置。它們的價(jià)格懸殊大，性能、功能差異大。

3 各種軟啟動(dòng)裝置簡(jiǎn)介

高壓變頻軟啟動(dòng)采用高壓變頻器，其啟動(dòng)性能很好，是比較理想的一種軟啟動(dòng)裝置，可以在限流同時(shí)保持高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。價(jià)格貴是制約其推廣應(yīng)用的主要因素。

磁控軟啟動(dòng)是從電抗器軟啟動(dòng)衍生出來(lái)的，用三相電抗器串在電動(dòng)機(jī)定子上實(shí)現(xiàn)降壓是兩者的共同點(diǎn)，磁飽和軟啟動(dòng)不同于電抗器軟啟動(dòng)的主要區(qū)別是其限流作用的強(qiáng)弱變化可控。

高壓液態(tài)電阻軟啟動(dòng)采用高壓液態(tài)電阻軟啟動(dòng)裝置，可無(wú)級(jí)控制，啟動(dòng)性能好、價(jià)格低廉，但液阻箱容積大，必須定期補(bǔ)水，受環(huán)境影響大，且制作、運(yùn)輸、安裝困難。

晶閘管高壓軟啟動(dòng)將電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用在軟啟動(dòng)器上，以晶閘管和控制電路為主電路、以單片機(jī)為中央控制器來(lái)完成測(cè)量及各種控制算法，使軟啟動(dòng)器具備很強(qiáng)的功能和靈活性，達(dá)到全方位的軟啟動(dòng)器性能，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)直接計(jì)算機(jī)通訊控制。

4 不同軟啟動(dòng)裝置比較

不同軟啟動(dòng)裝置比較情況見下頁(yè)表。

5 晶閘管高壓軟啟動(dòng)

綜上所述，筆者認(rèn)為該工程6kV 高壓恒速電機(jī)宜采用晶閘管高壓軟啟動(dòng)裝置啟動(dòng)。

5.1 晶閘管高壓軟啟動(dòng)裝置概述

軟啟動(dòng)裝置以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和電力電子技術(shù)相結(jié)合，主回路的開關(guān)元件采用高壓大功率晶閘管，通過改變晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)控制電動(dòng)機(jī)啟停電壓的平穩(wěn)升降和無(wú)觸點(diǎn)通斷，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)啟停?？蓪?shí)現(xiàn)以啟動(dòng)電機(jī)所需的最小電流來(lái)啟動(dòng)電機(jī)，減少電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，降低設(shè)備的振動(dòng)和噪聲，降低啟動(dòng)機(jī)械應(yīng)力，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)及相關(guān)設(shè)備的使用壽命。

5.2 晶閘管高壓軟啟動(dòng)裝置技術(shù)特點(diǎn)

a.軟啟動(dòng)裝置以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和電力電子技術(shù)相結(jié)合，主回路的開關(guān)元件采用高壓大功率晶閘管，通過改變晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)控制電動(dòng)機(jī)電壓的平穩(wěn)升降和無(wú)觸點(diǎn)通斷，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)啟停。

b.串聯(lián)晶閘管設(shè)有可靠的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)均壓保護(hù)措施，具有技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、維護(hù)方便等特點(diǎn)。

高壓電機(jī)軟啟動(dòng)裝置比較表

c.采用先進(jìn)的光纖傳輸技術(shù)、電流變換技術(shù)，對(duì)晶閘管的觸發(fā)檢測(cè)與低壓控制回路之間進(jìn)行有效控制。

d.采用雙CPU 結(jié)構(gòu)，以16 位數(shù)字信號(hào)處理器DSP執(zhí)行核心控制，使設(shè)備控制實(shí)時(shí)高效、穩(wěn)定性好。

e.采用信號(hào)多級(jí)處理及隔離技術(shù)，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

f.控制系統(tǒng)能準(zhǔn)確地采集高壓主回路的同步信號(hào)和電流信號(hào)，有效地實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

g.軟啟動(dòng)裝置具有旁路功能，啟動(dòng)完成后自動(dòng)切到旁路運(yùn)行，并能提供實(shí)時(shí)監(jiān)控和保護(hù)信號(hào)。

h.軟啟動(dòng)裝置的控制方式具有斜坡電壓控制、限流控制、恒壓控制等功能，啟動(dòng)方式具有現(xiàn)場(chǎng)按鈕啟動(dòng)、上位機(jī)遙控啟動(dòng)、鍵盤按鍵啟動(dòng)、組合啟動(dòng)等功能。

i.軟啟動(dòng)裝置具備自檢、保護(hù)功能。如:缺相及欠壓保護(hù)、可控硅組件保護(hù)、啟動(dòng)超時(shí)保護(hù)、三相電流不平衡保護(hù)、運(yùn)行過流保護(hù)、電源過壓保護(hù)、聯(lián)鎖控制保護(hù)，分別輸出無(wú)源硬接點(diǎn)，送至后臺(tái)監(jiān)控。

j.軟啟的控制回路能滿足設(shè)計(jì)需要，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)可順利地在“軟啟動(dòng)/直接啟動(dòng)”之間切換。其中旁路真空開關(guān)具有機(jī)械保持的操作機(jī)構(gòu)，能直接啟動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。

k.顯示。顯示屏為L(zhǎng)CD，具有背光、屏幕保護(hù)功能;采用中文顯示，菜單操作簡(jiǎn)單，人機(jī)界面良好。

5.3 控制原理與技術(shù)性能

5.3.1 控制原理

控制原理如圖1 所示。

圖1 控制原理

5.3.2 技術(shù)性能

a.采用先進(jìn)的光纖傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高壓晶閘管的觸發(fā)檢測(cè)與低壓控制回路之間的隔離。

b.采用雙CPU 結(jié)構(gòu)。用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器DSP執(zhí)行核心控制，用單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)及通信進(jìn)行管理，使設(shè)備控制實(shí)時(shí)高效、顯示直觀、可靠性高、穩(wěn)定性好。

c.采用信號(hào)多級(jí)處理、隔離技術(shù)，使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

d.采用大屏中文顯示、薄膜按鍵設(shè)置的控制器，操作簡(jiǎn)單，人機(jī)界面良好。

e.具有RS—485 標(biāo)準(zhǔn)接口，可與上位機(jī)或集中控制中心進(jìn)行通訊。

5.3.2.1 控制方式可選

a.斜坡電壓控制。如圖2 所示，給予一定的初始輸出電壓U0和軟啟時(shí)間，軟啟按設(shè)定的起始電壓開始工作。電機(jī)在啟動(dòng)過程中，電壓隨時(shí)間線性上升，直至電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，軟啟檢測(cè)到電流下降，發(fā)出旁路信號(hào)，啟動(dòng)過程完成。初始電壓U0為全電壓的20%～85%，大小可隨負(fù)載類別而調(diào)整，重負(fù)載初始電壓適當(dāng)高一些。斜坡電壓控制方式簡(jiǎn)單，不同負(fù)載可以有不同的斜坡啟動(dòng)，可靈活運(yùn)用。

圖2 斜坡電壓控制

b.限流控制。如圖3 所示，給予一定的限流系數(shù)I0(限流系數(shù)指電機(jī)額定電流的倍數(shù))，電機(jī)在啟動(dòng)過程中，按限流控制方式輸出電壓，電機(jī)啟動(dòng)電流限制在Imax內(nèi)，直至電動(dòng)機(jī)完成啟動(dòng)。

圖3 限流控制

c.恒壓控制。如圖4 所示，給予一定的輸出電壓U0，當(dāng)電壓被限制在恒壓值U0時(shí)，電壓將被限制在一定范圍內(nèi)，在限制的時(shí)間內(nèi)，電流平穩(wěn)上升，直至電動(dòng)機(jī)完成啟動(dòng)。

圖4 恒壓控制

d.軟?？刂?。如圖5 所示，使電機(jī)從額定轉(zhuǎn)速線性平穩(wěn)地下降為零即為“軟停車”。通過控制晶閘管的“導(dǎo)通角”即可實(shí)現(xiàn)“軟停車”功能，可防止“水錘”效應(yīng)。

圖5 軟?？刂?/p>

5.3.2.2 啟動(dòng)方式可選

a.現(xiàn)場(chǎng)按鈕啟動(dòng)。從軟啟裝置控制界面選擇“現(xiàn)場(chǎng)按鈕啟動(dòng)”菜單，啟動(dòng)和停止信號(hào)由外部送入。啟動(dòng)信號(hào)要求是自復(fù)位式無(wú)源常開觸點(diǎn)(如有特殊要求需在運(yùn)行設(shè)計(jì)時(shí)指明)。

b.鍵盤按鍵啟動(dòng)。從軟啟裝置控制界面選擇“鍵盤按鍵啟動(dòng)”菜單，電機(jī)的啟動(dòng)和停止均可從軟啟動(dòng)裝置的控制鍵操作。

c.上位機(jī)遙控啟動(dòng)。從軟啟裝置控制界面選擇“上位機(jī)遙控啟動(dòng)”菜單，通過RS485 通訊接口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，電機(jī)的啟動(dòng)和停止均由上位機(jī)控制。

d.組合啟動(dòng)。從軟啟裝置控制界面選擇“組合啟動(dòng)”菜單，“外部按鈕啟動(dòng)”、“上位機(jī)遙控啟動(dòng)”、“鍵盤按鈕啟動(dòng)”三種控制方式均可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行啟?？刂?。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)各種軟啟動(dòng)裝置進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、可靠性等綜合評(píng)價(jià)，筆者認(rèn)為晶閘管高壓軟啟動(dòng)裝置適合應(yīng)用于該工程中。晶閘管高壓軟啟動(dòng)將成為各類軟啟動(dòng)產(chǎn)品中值得推廣的產(chǎn)品，必將成為高壓交流電機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 葉斌.電力電子應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2006.

2 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.