軟啟動(dòng)器在鉆井現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

韓博

【摘 要】鉆井隊(duì)電力系統(tǒng)的電網(wǎng)容量小，負(fù)載的投入和切除都會(huì)對(duì)電網(wǎng)帶來一定的影響。本文根據(jù)鉆井隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，詳細(xì)論述了使用軟啟動(dòng)器能夠避免因控制系統(tǒng)故障所引起的事故，達(dá)到維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定的目的，具有一定的實(shí)用性和安全性。

【關(guān)鍵詞】鉆井電力系統(tǒng)；軟啟動(dòng)器

0.引言

鉆井隊(duì)的電力系統(tǒng)是一套獨(dú)立系統(tǒng)，其容量比通常電網(wǎng)的容量要小，隨著井隊(duì)用電設(shè)備的越來越多，負(fù)載的投入和切除都會(huì)對(duì)電網(wǎng)帶來一定的影響，特別是突然加入或者切除較大負(fù)載時(shí)，井隊(duì)的電網(wǎng)頻率和電壓會(huì)有較大的波動(dòng)，從而影響供電質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起主電路跳閘的事故出現(xiàn)。

井隊(duì)目前使用的大功率用電設(shè)備，如加重泵、剪切泵、灌注泵等都是由三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的，在實(shí)際使用中，三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流是額定電流的5-7倍，如果采取直接啟動(dòng)就會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)供電質(zhì)量；停機(jī)時(shí)，如果拖動(dòng)系統(tǒng)突然失去轉(zhuǎn)矩，靠系統(tǒng)的摩擦轉(zhuǎn)矩來克服系統(tǒng)的慣性滑行停車，也會(huì)給系統(tǒng)帶來諸多問題，因此井隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)很有必要采用一種軟啟動(dòng)裝置避免上述不合理情況發(fā)生。

1.軟啟動(dòng)器概述

軟啟動(dòng)器是一種集軟啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的電機(jī)控制裝備。實(shí)現(xiàn)在整個(gè)啟動(dòng)過程中無沖擊而平滑的啟動(dòng)電機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來調(diào)節(jié)啟動(dòng)過程中的各種參數(shù)，如限流值、啟動(dòng)時(shí)間等。主要是由串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路構(gòu)成。運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。

軟啟動(dòng)器（Soft Starter）是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路，使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。其實(shí)現(xiàn)的主要功能：通過增加過載電流的設(shè)定和反時(shí)限控制模式，實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)功能；工作時(shí)隨時(shí)檢測(cè)三相線電流的變化，一旦發(fā)生斷流可做出缺相保護(hù)反應(yīng)；通過軟起動(dòng)器內(nèi)部熱繼電器檢測(cè)晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值后自動(dòng)關(guān)斷晶閘管，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；電動(dòng)機(jī)工作時(shí)軟啟動(dòng)器內(nèi)的檢測(cè)器一直監(jiān)視著電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并將監(jiān)測(cè)到的參數(shù)送給CPU進(jìn)行處理，CPU將監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、顯示，具有測(cè)量回路參數(shù)的功能；通過電子電路的組合，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)其它種種聯(lián)鎖保護(hù)。

2.軟啟動(dòng)器啟動(dòng)方式

運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的軟起動(dòng)器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至起動(dòng)結(jié)束，賦予電機(jī)全電壓，即為軟起動(dòng)，在軟起動(dòng)過程中，電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。軟起動(dòng)一般有下面幾種起動(dòng)方式：

（1）斜坡升壓軟起動(dòng)：這種起動(dòng)方式最簡(jiǎn)單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角，使之與時(shí)間成一定函數(shù)關(guān)系增加。其缺點(diǎn)是，由于不限流，在電機(jī)起動(dòng)過程中，有時(shí)要產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對(duì)電網(wǎng)影響較大，實(shí)際很少應(yīng)用。

（2）斜坡恒流軟起動(dòng)：這種起動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的初始階段起動(dòng)電流逐漸增加，當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定（t1至t2階段），直至起動(dòng)完畢。起動(dòng)過程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)時(shí)間短。該起動(dòng)方式是應(yīng)用最多的起動(dòng)方式，尤其適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的起動(dòng)。

（3）階躍起動(dòng)：開機(jī)，即以最短時(shí)間，使起動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值，即為階躍起動(dòng)。通過調(diào)節(jié)起動(dòng)電流設(shè)定值，可以達(dá)到快速起動(dòng)效果。

（4）脈沖沖擊起動(dòng)：在起動(dòng)開始階段，讓晶閘管在極短時(shí)間內(nèi)，以較大電流導(dǎo)通一段時(shí)間后回落，再按原設(shè)定值線性上升，連入恒流起動(dòng)。該起動(dòng)方法，在一般負(fù)載中較少應(yīng)用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合?；\型電機(jī)傳統(tǒng)的減壓起動(dòng)方式有Y-q起動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)、電抗器起動(dòng)等。這些起動(dòng)方式都屬于有級(jí)減壓起動(dòng)，存在明顯缺點(diǎn)，即起動(dòng)過程中出現(xiàn)二次沖擊電流。

（5）電壓雙斜坡起動(dòng)：在起動(dòng)過程中，電機(jī)的輸出力矩隨電壓增加，在起動(dòng)時(shí)提供一個(gè)初始的起動(dòng)電壓Us，Us根據(jù)負(fù)載可調(diào)，將Us調(diào)到大于負(fù)載靜摩擦力矩，使負(fù)載能立即開始轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)輸出電壓從Us開始按一定的斜率上升（斜率可調(diào)），電機(jī)不斷加速。當(dāng)輸出電壓達(dá)到達(dá)速電壓Ur時(shí)，電機(jī)也基本達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。軟起動(dòng)器在起動(dòng)過程中自動(dòng)檢測(cè)達(dá)速電壓，當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，使輸出電壓達(dá)到額定電壓。

（6）限流起動(dòng)：就是電機(jī)的起動(dòng)過程中限制其起動(dòng)電流不超過某一設(shè)定值（Im）的軟起動(dòng)方式。其輸出電壓從零開始迅速增長(zhǎng)，直到輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im，然后保持輸出電流。這種起動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小，且可按需要調(diào)整，對(duì)電網(wǎng)影響小，其缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間。

3.軟啟動(dòng)器選型及接線方式

除了技術(shù)、性能、價(jià)格比較外，還要考慮設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的電網(wǎng)容量、設(shè)備啟動(dòng)負(fù)荷輕重、啟動(dòng)頻繁程度等具體條件。對(duì)于啟動(dòng)負(fù)載較輕的設(shè)備，可選擇功能簡(jiǎn)單、價(jià)格較低、操作方便的軟啟動(dòng)器，這類設(shè)備根據(jù)電動(dòng)機(jī)額定功率，選用樣本規(guī)定的相同容量的軟啟動(dòng)器就能滿足需要；對(duì)于啟動(dòng)負(fù)荷比較重的設(shè)備，應(yīng)該選用啟動(dòng)功能比較多、有限流啟動(dòng)功能、自身保護(hù)比較齊全的軟啟動(dòng)器。

啟動(dòng)器接線方式可分為：?jiǎn)闻_(tái)單機(jī)式；軟啟動(dòng)器+斷路器+接觸器電路，這種接線方式是目前大多數(shù)國(guó)產(chǎn)軟啟動(dòng)用戶采用的方案；“一拖三”軟啟動(dòng)方案，這種方式可以控制三臺(tái)電動(dòng)機(jī)分時(shí)先后啟動(dòng)，在任意一臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后，軟啟動(dòng)器處于待命狀態(tài)，此時(shí)可允許啟動(dòng)下一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。

4.采用軟啟動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)

（1）采用數(shù)字監(jiān)控和數(shù)字設(shè)定，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，也便于維護(hù)，同時(shí)具有外控功能，可根據(jù)使用情況進(jìn)行連接，方便控制。

（2）電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器對(duì)電動(dòng)機(jī)提供平滑漸進(jìn)的啟動(dòng)過程，減少啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)或發(fā)電設(shè)備的沖擊，將啟動(dòng)電流控制在安全范圍內(nèi)，改善了原控制系統(tǒng)因啟動(dòng)電流較大沖擊廠用電源而影響其它設(shè)備正常運(yùn)行的狀況。

（3）啟動(dòng)過程采用雙向可控硅，啟動(dòng)過程完成后，接觸器短接可控硅的控制方式，避免了用接觸器直接控制電動(dòng)機(jī)使觸點(diǎn)易拉弧、粘連、燒壞等故障的發(fā)生。

（4）軟啟動(dòng)、軟停車方式，降低了設(shè)備振動(dòng)和噪聲，減少了機(jī)械應(yīng)力，延長(zhǎng)了發(fā)電設(shè)備及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)地使用壽命。

（5）具有過流、過載、電源缺相等多種保護(hù)功能，同時(shí)可以檢測(cè)到負(fù)載所涉及系統(tǒng)各種不良運(yùn)行情況，有利于保護(hù)設(shè)備的安全運(yùn)行等。

5.結(jié)束語

軟啟動(dòng)器在井隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用能明顯避免因控制系統(tǒng)故障所引起的事故，改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件，維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，有著較強(qiáng)的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也提高了安全性。