軟起動(dòng)技術(shù)在水利泵站中的實(shí)踐應(yīng)用

■王慶龍 ■阜陽(yáng)市水利建筑安裝工程公司，安徽 阜陽(yáng) 236000

最近，隨著農(nóng)業(yè)用水、城市生活用水以及工業(yè)用水的項(xiàng)目的不斷的增加使得國(guó)家投入越來(lái)越多的經(jīng)費(fèi)在大型泵站的建設(shè)上，提高建設(shè)大型泵站的技術(shù)要求變得迫在眉睫，而泵站建設(shè)的核心要求就是使得其運(yùn)行效率得到提高的同時(shí)盡可能的降低水泵起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)電壓的影響，給水泵的運(yùn)行提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓電流環(huán)境，該項(xiàng)技術(shù)便是軟起動(dòng)技術(shù)。

1 軟起動(dòng)的介紹

目前國(guó)內(nèi)有很多水利泵站在使用交流鼠籠異步電動(dòng)機(jī)。但異步電動(dòng)機(jī)最大的一個(gè)缺點(diǎn)就是在起動(dòng)時(shí)電流、電壓會(huì)突然變化，在這種情況下如果電機(jī)的容量比較大，就會(huì)對(duì)其周邊的電氣設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，長(zhǎng)時(shí)間下去不僅使電機(jī)本身的性能、壽命大打折扣，也會(huì)減少附近設(shè)備的壽命，降低水泵站運(yùn)行效率，增加經(jīng)濟(jì)成本。

為解決上述問(wèn)題水利泵站引入了一種最近十幾年才面世的一種新技術(shù)即軟起動(dòng)技術(shù)。軟起動(dòng)技術(shù)的工作原理與舊的電機(jī)的起動(dòng)方式最大的差別在于電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中電壓、頻率、轉(zhuǎn)速的增加是慢慢的增加至額定值，整個(gè)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程都避免了沖擊轉(zhuǎn)矩，使得電機(jī)平滑的起動(dòng)運(yùn)行。軟起動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)不僅于此，起動(dòng)方式的多樣性可以滿足泵站水泵機(jī)組的起停要求。如:在負(fù)載變化的條件下就可以選擇雙斜坡起動(dòng)方式，該起動(dòng)方式可以可以有效的調(diào)節(jié)初始轉(zhuǎn)矩以及斜坡時(shí)間從而適應(yīng)變化的負(fù)載;在齒輪、皮帶磨損嚴(yán)重的環(huán)境下可以選擇軟起動(dòng)方式，改起動(dòng)方式提供無(wú)極的平的電機(jī)加速有效降低磨損程度;在電機(jī)加速期間電流沖擊比較嚴(yán)重的場(chǎng)合下，限流起動(dòng)方式就可以有效的起到防止電流過(guò)大的效果。除此之外，軟起動(dòng)裝置還有一項(xiàng)功能:軟停機(jī)功能，該功能目的是通過(guò)在電機(jī)停機(jī)時(shí)利用軟停機(jī)功能增加電機(jī)從工作狀態(tài)到休止?fàn)顟B(tài)這一過(guò)程的時(shí)間來(lái)減小液流溢出?？傊?，軟起動(dòng)技術(shù)能夠完全滿足水利泵站中的各種需求。

軟起動(dòng)的特點(diǎn):軟起動(dòng)技術(shù)作為全新的工業(yè)控制技術(shù)具有很多傳統(tǒng)控制技術(shù)所不具備的優(yōu)點(diǎn)，如:起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大而起動(dòng)電流不大;起動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。軟起動(dòng)技術(shù)在水利泵站中的具體優(yōu)點(diǎn)如下:(1)軟起動(dòng)器引入了電流閉環(huán)控制，使電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中保持恒定的電流設(shè)定值，降低了對(duì)電網(wǎng)的干擾。(2)運(yùn)用計(jì)算機(jī)連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)直接監(jiān)控(3)增加水泵關(guān)閉時(shí)間，最大可能的減少水錘效應(yīng)。(3)由于電網(wǎng)所受電流沖擊較小，有效的延長(zhǎng)電機(jī)本身和周邊電氣設(shè)備壽命。(4)參數(shù)可調(diào)(5)具有很強(qiáng)大的保護(hù)體系，集過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、短路、過(guò)熱保護(hù)與一體。(6)全自動(dòng)化控制使得操作不需要很多技巧簡(jiǎn)單易懂，調(diào)試正常后便可直接運(yùn)行。

2 目前軟起動(dòng)技術(shù)在水利泵站中的實(shí)踐運(yùn)用

2．1 軟起動(dòng)技術(shù)有效減小泵站的水錘影響

水錘指的是一種水擊作用，水錘伴隨著液體壓力的驟變而產(chǎn)生。在水利泵站中，如果沒有緩沖而使電機(jī)工作突然停止，揚(yáng)水管道的逆止閥等控制閥門便會(huì)立馬關(guān)上，壓力驟變便在管道中的液體中產(chǎn)生繼而也就產(chǎn)生水錘。水錘對(duì)于管壁的強(qiáng)烈沖擊會(huì)導(dǎo)致管壁的破壞。因此，防止水錘的產(chǎn)生十分有必要。下面通過(guò)運(yùn)用流體力學(xué)知識(shí)來(lái)解釋軟起動(dòng)技術(shù)中的軟停止技術(shù)是如何來(lái)杜絕水錘的產(chǎn)生。流體力學(xué)公式:當(dāng)TZ＜T時(shí)(其中TZ為閥門關(guān)閉時(shí)間、T為水錘波相長(zhǎng))，其壓力增值P=ρCV0(ρ是密度，V0為液體在管道流動(dòng)的平均速度，C為水錘在液體中的平均速度)。當(dāng)TZ=0時(shí)，水錘施加于管道的壓力最大為△P。當(dāng)TZ≠0(＜T)時(shí)，整個(gè)管道中只有管道的某一部分才會(huì)承受水錘所產(chǎn)生的最高壓力△P。對(duì)于普通的鋼制管道，當(dāng)V0=1m/s時(shí)，△P可達(dá)1MPa。當(dāng)TZ＞T時(shí)，其P=(ρCV0T)/Tz。上式所得:TZ和P成反比，TZ增大能夠有效的減小△P，從而減少水錘造成的破壞。軟停止技術(shù)的核心就是延長(zhǎng)水泵停止時(shí)間，使得其轉(zhuǎn)速慢慢下降，繼而延長(zhǎng)閥門關(guān)閉時(shí)間降低水錘壓力。

2．2 軟起動(dòng)技術(shù)有效的減小了對(duì)負(fù)荷和電網(wǎng)的沖擊

軟起動(dòng)技術(shù)成功的遏制了在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中電流的突變，，使得對(duì)電網(wǎng)電流為零，相比于其他的起動(dòng)方式，軟起動(dòng)技術(shù)明顯延長(zhǎng)了用電(供電)設(shè)備的使用壽命。圖1為常見的各種起動(dòng)方式起動(dòng)特性的比較曲線。另外，軟起動(dòng)還有一個(gè)特點(diǎn)，就是在起動(dòng)過(guò)程中電流的變化的加速度和起動(dòng)時(shí)間的快慢都可以人工進(jìn)行控制。如果，我們使電流上升速率的曲線和起動(dòng)水泵時(shí)軸所需要的力矩曲線相一致。這樣，在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)力矩對(duì)負(fù)荷的沖擊作用同時(shí)也省去不少無(wú)用功。

2．3 實(shí)現(xiàn)泵房自動(dòng)化的基礎(chǔ)是軟起動(dòng)技術(shù)

目前，以軟起動(dòng)技術(shù)為主要技術(shù)所研發(fā)的電動(dòng)機(jī)控制中心控制柜在不斷的改進(jìn)和拓展后不僅能夠滿足一般電機(jī)所要求的安全環(huán)境，而且還實(shí)現(xiàn)了多種復(fù)合功能。主要有:(1)過(guò)電流保護(hù)(通過(guò)軟起動(dòng)器中的電流控制環(huán)來(lái)跟蹤電流，加之增加過(guò)載電流設(shè)定從而防止電流過(guò)大情況的發(fā)生);(2)過(guò)電壓、欠電壓保護(hù);(3)缺相保護(hù)(4)溫度保護(hù)(添加傳感器通過(guò)傳感器來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè))。進(jìn)行拓展后的電動(dòng)機(jī)控制中心控制柜可根據(jù)不同的情況來(lái)選擇不同參數(shù)的水泵運(yùn)行。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

水泵機(jī)組采用傳統(tǒng)的降壓時(shí)，避免不了購(gòu)買相應(yīng)的接觸器、開關(guān)、保護(hù)裝置來(lái)形成一套機(jī)組控制操作系統(tǒng)。下面舉例對(duì)傳統(tǒng)的自耦變壓器起動(dòng)與新型的軟開關(guān)技術(shù)起動(dòng)進(jìn)行對(duì)比。假設(shè)某地水泵站130千瓦電動(dòng)機(jī)配用自耦變壓器QZB-135kW，單獨(dú)就該設(shè)備而言，其價(jià)格不是很高只要2400元左右，但是算上保護(hù)設(shè)備、開關(guān)設(shè)備等一整套機(jī)組的控制動(dòng)力柜那價(jià)格便增加至一萬(wàn)元左右。對(duì)軟起動(dòng)裝置而言，其本身的作用就是集起動(dòng)設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、保護(hù)設(shè)備于一體，一套軟起動(dòng)裝置完全可以代替自耦變壓器以及一整套由自耦變壓器起動(dòng)的機(jī)組動(dòng)力柜，因此大約1．2萬(wàn)元的價(jià)格已和前者相差無(wú)幾。其次，傳統(tǒng)的自耦變壓器的起動(dòng)避免不了硬停車現(xiàn)象，這也使得設(shè)備的維修費(fèi)增加。另外，對(duì)于對(duì)于自耦變壓器的起動(dòng)而言水泵越大其流量越大顯然維護(hù)管理費(fèi)就隨之增加，例如，某水利泵站8900ZLB-135水泵配套8臺(tái)JSL138-12電機(jī)，采用傳統(tǒng)起動(dòng)方式要比軟起動(dòng)方式每年多出基礎(chǔ)設(shè)施維修費(fèi)2萬(wàn)元和電氣設(shè)備維修費(fèi)3萬(wàn)元。由此可知，軟起動(dòng)技術(shù)具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

世界經(jīng)濟(jì)與科技的高速發(fā)展為計(jì)算機(jī)技術(shù)、電氣工程、微電子技術(shù)的良好的發(fā)展背景。相信在不久的將來(lái)，軟起動(dòng)技術(shù)大型中的應(yīng)用會(huì)愈發(fā)的廣泛，該項(xiàng)技術(shù)也會(huì)在廣泛的實(shí)踐中越來(lái)越成熟，有著無(wú)限美好的前景。希望更加成熟的軟起動(dòng)技術(shù)給越來(lái)越多的水利泵站更加優(yōu)質(zhì)的技術(shù)支持。

［1］顧繩谷．電機(jī)與拖動(dòng)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009．

［2］周鱷．電機(jī)學(xué)［M］．北京:水利電力出版社，2011．

［3］金墨，齊永杰．電機(jī)軟起動(dòng)器的探討［J］．變頻器世界，2010(11)．