高壓電動(dòng)機(jī)熱變電阻軟啟動(dòng)器在京博石化焦化風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

梁晨明 張子平 魏建明

引言：介紹了高壓熱變電阻軟啟動(dòng)裝置的工作原理、啟動(dòng)特性及應(yīng)用。該產(chǎn)品主要用于大型電動(dòng)機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng)，它具有啟動(dòng)電流小、母線(xiàn)壓降低、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)；與高壓變頻軟啟動(dòng)相比，它具有性?xún)r(jià)比高、高次諧波少等優(yōu)點(diǎn)。該產(chǎn)品在我公司3600KW焦化風(fēng)機(jī)上得到成功應(yīng)用。

一、概述

隨著冶金、石油化工等許多行業(yè)生產(chǎn)能力越來(lái)越大，其單機(jī)容量的不斷增加，其生產(chǎn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電機(jī)也越來(lái)越大，而普通籠型異步電動(dòng)機(jī)在空載全壓直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流會(huì)達(dá)到額定電流的5～7倍，當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量相對(duì)較大時(shí)，該起動(dòng)電流將引起電網(wǎng)電壓急劇下降，同時(shí)對(duì)電機(jī)本身產(chǎn)生很大的沖擊，這樣大型電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)問(wèn)題就作為一個(gè)重要的課題被提出，各種各樣的軟啟動(dòng)技術(shù)應(yīng)時(shí)而生。高壓熱變電阻降壓軟啟動(dòng)技術(shù)是其中最重要的也是最成功的技術(shù)之一，已逐步為市場(chǎng)所接受。現(xiàn)著重對(duì)該技術(shù)的技術(shù)現(xiàn)狀及展望作個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

二、熱變電阻原理

談到熱變電阻器，人們很容易聯(lián)想到溫度敏感電阻器等，其實(shí)，金屬電阻材料的電阻特性一般呈現(xiàn)正溫度系數(shù)變化。半導(dǎo)體材料的溫度特性是負(fù)溫度特性。

電解質(zhì)在水中的電離是比較復(fù)雜的，離子存在也是多種多樣的，有單個(gè)陰、陽(yáng)離子存在，也有多個(gè)陰、陽(yáng)離子與水分子等吸附在一起形成的離子團(tuán)。離子團(tuán)的存在是影響電解液導(dǎo)電的一個(gè)重要因素，它使很多單體離子失去獨(dú)立的載流作用。離子團(tuán)的存在受溫度的影響，當(dāng)溫度逐步升高時(shí)，離子團(tuán)破壞，釋放出單體自用離子和離子團(tuán)，導(dǎo)電能力增強(qiáng)強(qiáng)，呈現(xiàn)明顯的負(fù)溫度特性。

通過(guò)研究這種電解液體有以下明顯的特點(diǎn)，可以利用：

1、導(dǎo)電為液體材料，可以流動(dòng)，可以自循環(huán)，可以根據(jù)需要制成各種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形狀，可大可小；

2、水溶液比熱率大，因而可以根據(jù)需要制成各種大容量電阻器；

3、具有明顯的負(fù)溫度電阻特性；

4、物理-化學(xué)性能穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)，耐久性好，性能穩(wěn)定；

5、成本低廉，不消耗貴重金屬，屬綠色環(huán)保產(chǎn)品，無(wú)三廢排放；

因?yàn)榫哂幸陨巷@著特點(diǎn)，使得電解液體具有廣泛的應(yīng)用，利用高壓熱變電阻制成的高壓大型電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)器就是其中重要應(yīng)用之一。

三、高壓熱變電阻軟啟動(dòng)裝置

高壓熱變電阻啟動(dòng)器是利用上述理論解決大型高壓電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品—高壓大容量熱變電阻。它由開(kāi)關(guān)柜殼體、液箱、熱變電解液、電極及導(dǎo)流機(jī)構(gòu)等組成。

在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，將該電阻器串入電動(dòng)機(jī)的三相定子回路中，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的定子電流流過(guò)熱變電阻器從而使電阻體發(fā)熱，溫度逐步升高，電阻逐步下降，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流基本恒定的情況下，電動(dòng)端電壓逐步升高，從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩逐步增大，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平滑啟動(dòng)。

熱變電阻的導(dǎo)流機(jī)構(gòu)的另一個(gè)作用就是快速將高溫導(dǎo)電液體導(dǎo)出，使有效電阻區(qū)域內(nèi)的液體快速降到常溫，以便下一次啟動(dòng)。

采用高壓熱變電阻器實(shí)現(xiàn)降壓?jiǎn)?dòng)的電動(dòng)機(jī)有以下的新著的啟動(dòng)特性：

1、恒電流軟啟動(dòng)特性 在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，電流基本保持不變，數(shù)值可以保持在2.5Ie以下，且具有顯著的軟啟動(dòng)特性；

2、啟動(dòng)過(guò)程系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定 一般采用熱變電阻降壓?jiǎn)?dòng)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上，且整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程接近恒定不變；

3、母線(xiàn)壓降小 由有上述1、2特性，使得電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的影響降到最低，母線(xiàn)電壓降在5%左右；

4、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)無(wú)沖擊 電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩由小到大逐步增高，因而使機(jī)械設(shè)備啟動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊、無(wú)嘯叫聲，且機(jī)械能平穩(wěn)超越諧振轉(zhuǎn)速，使機(jī)械設(shè)備免受損害；

四、應(yīng)用情況介紹

我們山東京博石油化工有限公司于2007年100萬(wàn)噸/年焦化裝置新上6KV 3600KW引風(fēng)機(jī)1臺(tái)，主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)設(shè)備選用了HTR1-Y型高壓熱變電阻軟啟動(dòng)裝置，引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)如下：P=3600KW， U=6KV，I=410A。

這臺(tái)風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)是我公司目前最大的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。大功率的電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流很大，啟動(dòng)瞬間對(duì)電網(wǎng)的沖擊更大，對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械的沖擊所帶來(lái)的危害很大，這是我們最為關(guān)心的問(wèn)題。我們公司6KV主配電室的進(jìn)線(xiàn)電纜有600多米長(zhǎng)，已經(jīng)運(yùn)行5年多，是瓶頸式的薄弱環(huán)節(jié)。同時(shí)線(xiàn)路也是其他主要裝置的供電線(xiàn)路，根據(jù)線(xiàn)路供電參數(shù)，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算后，若采用傳統(tǒng)的啟動(dòng)設(shè)備，線(xiàn)路承受不了如此大的啟動(dòng)電流，600米長(zhǎng)的電纜線(xiàn)將成為事故的高發(fā)段。同時(shí)勢(shì)必影響同一供電線(xiàn)路的其他在線(xiàn)設(shè)備的安全運(yùn)行。如果更換電纜，將投資75萬(wàn)元，而且施工難度較大。我們選用了一臺(tái)容量為4000KW的熱變電阻軟啟動(dòng)裝置，作為這臺(tái)大電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)設(shè)備。

該啟動(dòng)設(shè)備經(jīng)過(guò)多次試車(chē)啟動(dòng)及實(shí)際運(yùn)行啟動(dòng)，無(wú)論是啟動(dòng)電流還是線(xiàn)路壓降，均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

這臺(tái)設(shè)備從安裝調(diào)試和近一年的使用情況來(lái)看，主要有以下特點(diǎn)：

1、啟動(dòng)電流小，測(cè)的實(shí)際啟動(dòng)電流在1000左右，說(shuō)明在啟動(dòng)過(guò)程中具有一定的節(jié)能效果，并改善啟動(dòng)特性。

2、電網(wǎng)壓降小，電壓控制在5%左右，可見(jiàn)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電的沖擊在理想的范圍以?xún)?nèi)；

3、啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流平滑，沖擊相當(dāng)小。

4、一次性投資少；

5、無(wú)需維修，由于啟動(dòng)裝置的熱容量大，對(duì)啟動(dòng)設(shè)備無(wú)損傷，所以安全可靠，基本無(wú)需維修。

五、社會(huì)效益

高壓熱變電阻的研制成功，尤其是超大容量產(chǎn)品的成功研制和產(chǎn)業(yè)化的實(shí)施，為我國(guó)大型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)提供了一種經(jīng)濟(jì)可靠的啟動(dòng)方式選擇方案。

（一）節(jié)約一次性投資和維護(hù)成本

1、高壓熱變電阻器本身造價(jià)低，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，總體直接投資在高壓大型電動(dòng)機(jī)各啟動(dòng)方案中是較經(jīng)濟(jì)的一種方式，相比進(jìn)口的變頻器更顯價(jià)格優(yōu)勢(shì)，只是同能進(jìn)口設(shè)備的1/8-1/5。

2、節(jié)約長(zhǎng)期技術(shù)性投資 該方理論成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、基本免維護(hù)，一般的技術(shù)工人通過(guò)培訓(xùn)后就可以滿(mǎn)足使用和維護(hù)的需要

（二）節(jié)能

1、如前所述，采用該啟動(dòng)方案可以大大降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的要求，降低電力變壓器運(yùn)行損耗，節(jié)約運(yùn)行成本。

2、由于傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方案存在許多技術(shù)問(wèn)題，比如在啟動(dòng)時(shí)，容易燒電機(jī)、易造成電網(wǎng)壓降大，影響系統(tǒng)負(fù)荷的運(yùn)行，或者諧波嚴(yán)重等，采用了熱變電阻降壓?jiǎn)?dòng)后。

針對(duì)上述的要求，為解決年內(nèi)啟動(dòng)2-3次，高壓熱變電阻啟動(dòng)器投資少、使用簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好，占較大的優(yōu)勢(shì)，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]熱變電阻器〔余龍海〕北京大力浩然工業(yè)控制技術(shù)有限公司.

[2]熱變電阻在鼠籠電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用〔肖寶林〕 湖南湘潭鋼鐵集團(tuán)公司.

（作者單位：山東省博興縣京博石化東區(qū)項(xiàng)目部）