高壓軟啟動器在煉油部除焦水泵上的應(yīng)用

劉波（中石化股份天津分公司煉油部）

一、概述

天津石化煉油部120萬噸/年延遲焦化裝置除焦系統(tǒng)高壓水泵采用2臺6kV/1600kW異步電動機(jī)驅(qū)動，采用全壓直接啟動的方式，電機(jī)功率比較大，而且此高壓泵需頻繁起動進(jìn)行除焦作業(yè)。由于高壓水泵電機(jī)啟動電流高達(dá)電動機(jī)額定電流7倍以上，經(jīng)常造成供電網(wǎng)電壓波動（壓降可達(dá)10%以上），影響整個母線上其他設(shè)備的正常運(yùn)行；同時大電流會造成電動機(jī)繞組溫升過高，從而加速其絕緣老化，加上全壓直接起動轉(zhuǎn)矩過大對電機(jī)及高壓水泵的機(jī)械沖擊比較大，容易造成泵及聯(lián)接裝置的損壞，增加了設(shè)備維修量。

二、除焦高壓水泵全壓啟動存在的主要問題

高壓水泵采用全壓直接啟動，存在諸多問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1、造成電網(wǎng)電壓波動，影響其它設(shè)備的運(yùn)行

高壓水泵全壓直接起動時，系統(tǒng)母線電壓會降低12%左右，嚴(yán)重影響了照明系統(tǒng)及電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，特別是UPS、變頻器等設(shè)備。同時，由于起動電流過大，對煉油部廠西35KV系統(tǒng)主變壓器造成沖擊過大。

2、傷害電機(jī)絕緣，降低電機(jī)壽命

①大電流產(chǎn)生的焦耳熱反復(fù)作用于導(dǎo)線外絕緣，使絕緣加速老化、壽命降低。

②大電流產(chǎn)生的機(jī)械力使導(dǎo)線相互摩擦，降低絕緣壽命。

③高壓開關(guān)合閘時觸頭的抖動現(xiàn)象會在電機(jī)定子繞組上產(chǎn)生操作過電壓，有時會達(dá)到外加電壓的5倍以上，這樣高的過電壓會對電機(jī)絕緣造成極大傷害。

3、電動力對電機(jī)及水泵的傷害

大電流在電機(jī)定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生很大的沖擊力，會造成夾緊松動、線圈變形、鼠籠條斷裂等故障。全壓直接起動時的起動轉(zhuǎn)矩大約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，這么大的力矩突然加在靜止的機(jī)械設(shè)備上，會加速齒輪磨損甚至打齒。

此套裝置自1997年投運(yùn)以來，高壓水泵先后發(fā)生過電動機(jī)過載、電動機(jī)轉(zhuǎn)子軸彎曲等多起故障。例：2006年焦化1＃高壓水泵電動機(jī)轉(zhuǎn)子鼠籠裂紋斷條就因?yàn)橐陨显蛟斐?。為改變這些缺陷，需要改變高壓水泵的啟動方式，即應(yīng)采用降壓啟動。

三、高壓水泵降壓啟動方式的選擇

由于現(xiàn)今降壓啟動的方式很多，有傳統(tǒng)的串電抗器降壓啟動，液阻軟啟動，固態(tài)軟啟動降壓啟動、變頻器軟啟動等方式，由于液阻軟啟動存在安全隱患，水箱內(nèi)液體汽化導(dǎo)致電纜三相短路，引發(fā)火災(zāi)，而且揮發(fā)的潮氣會腐蝕電氣室的其他用電設(shè)備的電氣元件，久而久之會降低電氣元件的壽命。串電抗器降壓啟動，受安裝空間限制，改造現(xiàn)場不具備條件。采用高壓變頻器只實(shí)現(xiàn)高壓水泵的降壓啟動，成本太高不劃算。故本次改造只考慮采用晶閘管固態(tài)軟啟動器進(jìn)行降壓啟動改造。經(jīng)過對比，我們選擇了以色列SOLCON HRVS-DN高壓固態(tài)軟啟動裝置。

四、高壓軟啟動器在高壓水泵上的改造應(yīng)用

結(jié)合1＃延遲焦化車間的工藝要求，把1、2＃除焦水泵電機(jī)啟動改為高壓軟啟動器降壓啟動，滿足高壓水泵除焦的各項要求。SOLCON HRVS-DN高壓軟啟動裝置的額定電壓為6kV，額定功率為1600kW，額定電流181A，軟啟動柜包括：可控硅組件、高壓真空斷路器、過壓保護(hù)器、電壓互感器、電流互感器、電流變換器以及電子控制系統(tǒng)。改造時保留原有高壓開關(guān)柜，將高壓開關(guān)柜回路作為軟啟動裝置的電源回路，軟啟動器安裝在6KVⅠ、Ⅱ段母線兩側(cè)，采用120mm2高壓電纜連接。

1、SOLCONHRVS-D N軟啟動裝置的工作原理

高壓電機(jī)的一次供電回路由幾個串、并聯(lián)的可控硅構(gòu)成。當(dāng)接通高壓開關(guān)柜，系統(tǒng)收到電機(jī)啟動信號時，由控制器按照控制曲線給出不同的可控硅導(dǎo)通角，使電機(jī)按一定的斜率逐漸增加電壓，平穩(wěn)啟動，直到電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之后，加上全電壓，使旁路真空接觸器（或真空斷路器）接通，關(guān)閉可控硅觸發(fā)信號，電機(jī)啟動完畢，軟啟動裝置繼續(xù)監(jiān)視電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并提供多種故障保護(hù)。

2、高壓軟啟動裝置的特點(diǎn)

SOLCON HRVS-DN軟啟動裝置具有以下顯著功能特點(diǎn)：1）啟動方式靈活，有現(xiàn)場按鈕啟動、鍵盤按鍵啟動、上位機(jī)遙控啟動、組合啟動。

2）控制方式多樣，根據(jù)電機(jī)負(fù)載的不同，軟啟動裝置可設(shè)定不同的控制方式。①斜坡電壓控制。給予一定的初始輸出電壓和軟啟動時間，電機(jī)在啟動過程中，電壓隨時間線性上升，直至電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。初始電壓為全電壓的20%～80%，大小可隨負(fù)載性質(zhì)而調(diào)整。

②限流控制。給予一定的限流系數(shù)，電機(jī)在啟動過程中，按限流控制方式輸出電壓，電流大小限制在電機(jī)額定電流的100%～400%。

③恒壓控制。給予一定的輸出電壓，電機(jī)在啟動過程中，按恒壓控制方式輸出電壓啟動。啟動時間為0～120s。

3）保護(hù)功能齊全：①缺相、欠壓保護(hù)。②電源過壓保護(hù)。③過流、速斷保護(hù)。④晶閘管組件保護(hù)。

3、高壓水泵軟啟動器的控制方式及保護(hù)設(shè)置

改造后，高壓水泵軟啟動裝置采用了斜坡電壓控制方式。電機(jī)在啟動過程中，按照給定的初始電壓Uo(現(xiàn)場設(shè)定3000V)和軟啟時間t(現(xiàn)場設(shè)定68s)，軟啟動裝置以步距為(U1-Uo)μ/t的值控制電機(jī)電壓隨時間線性上升，達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后變?yōu)槿妷簡印＆虨檩敵鲭妷号c可控硅導(dǎo)通角的換算系數(shù)，U1為電機(jī)達(dá)速時的電壓。軟啟動保護(hù)設(shè)置主要有速斷保護(hù)（7.9倍額定電流，時間0秒），過載保護(hù)（1.2倍額定電流，時間為5倍過流時4秒），低電壓保護(hù)（70%額定電壓，時間2秒），過電壓保護(hù)（120%額定電壓，時間2秒）等

五、高壓軟啟動器實(shí)際應(yīng)用效果

（1）從軟啟動曲線及直接起動曲線數(shù)據(jù)分析，軟啟動時起動電流為579.2A，是額定電流的3.2倍；而直接起動時起動電流約1267A，是額定電流的7倍。從實(shí)際起動過程來看，軟啟動達(dá)到了預(yù)期的效果，在保證電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩滿足要求的前提下，降低了電動機(jī)的起動電流（從7倍左右降到3.2倍），并使起動過程對電網(wǎng)的影響降到最低，有效地保證了電網(wǎng)的可靠運(yùn)行，同時降低了電網(wǎng)容量，降低了建設(shè)期電氣設(shè)備投資費(fèi)用。

（2）起動過程中的功率損耗小。起動過程完成后，電機(jī)供電由軟啟動回路自動平穩(wěn)地切換到旁路工頻運(yùn)行。

（3）因?yàn)楦邏很泦悠鞅热珘簡訒r電流小的多，所以啟動時對機(jī)組的沖擊較小，機(jī)組在啟動過程中發(fā)熱也較小，繞組的絕緣材料損壞小，從而延長電機(jī)的壽命。

設(shè)備改造后已經(jīng)運(yùn)行4年，目前運(yùn)行良好，未出現(xiàn)過任何問題。

六、高壓軟啟動的日常維護(hù)及注意事項

1、日常維護(hù)

高壓軟啟動也屬于比較精密的電子設(shè)備，對安裝環(huán)境要求較高，最低環(huán)境溫度-5℃，最高環(huán)境溫度40℃。本次改造高壓軟啟動裝置安裝在高壓變電所內(nèi)，具有空調(diào)設(shè)備，且室內(nèi)較清潔，滿足其使用運(yùn)行條件。為保障軟啟動裝置正常運(yùn)行我們要做好日常維護(hù)保養(yǎng)工作。

（1）認(rèn)真監(jiān)視并記錄軟啟動人機(jī)界面上的各顯示參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)即時反映。

（2）認(rèn)真監(jiān)視并記錄高壓間的環(huán)境溫度，環(huán)境溫度應(yīng)控制在5℃～25℃之間。

（3）夏季溫度較高時，應(yīng)加強(qiáng)高壓間的通風(fēng)散熱，確保周圍空氣中不含有過量的塵埃，酸、鹽、腐蝕性及爆炸性氣體。

（4）軟啟動柜門上的過濾網(wǎng)通常每月應(yīng)清掃一次，如工作環(huán)境灰塵較多，清掃間隔還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況縮短。

2、注意事項

（1）確?，F(xiàn)場軟啟動原理圖齊全，并與設(shè)備實(shí)際情況一致，以利于故障狀況下的快速分析解決問題

（2）保護(hù)模塊定值不得隨意更改，確保保護(hù)動作靈敏可靠.

（3）做好軟啟動器的常用備品備件管理及應(yīng)急預(yù)案。鑒于本次改造設(shè)備屬延遲焦化除焦重要設(shè)備，雖然軟啟動本體帶旁路輸出工作比較可靠，我們需做出軟啟動柜整體故障的應(yīng)急預(yù)案，要求緊急情況下，直接將除焦水泵動力電纜接在高壓柜上，確保系統(tǒng)安全的情況下直接啟動。