11kV軟起動器調(diào)試中問題的解決方案

趙欽臣 黃京俊 孫非小

（中石油工程設(shè)計有限責任公司，北京 100085）

11kV軟起動器調(diào)試中問題的解決方案

趙欽臣 黃京俊 孫非小

（中石油工程設(shè)計有限責任公司，北京 100085）

軟起動器在電力系統(tǒng)中起到限制大功率電動機起動電流的作用。但是在起動過程中要使軟起動器的參數(shù)與電動機的參數(shù)相匹配，否則會導致電動機無法正常起動。本文列舉了在調(diào)試過程中發(fā)生的問題以及處理方法。

軟起動器；參數(shù)；電動機起動

1 工程概況

本油田地處伊拉克共和國東南部，區(qū)塊全部位于沼澤地區(qū)，離最近的城市大約35km。油田規(guī)模將達到日產(chǎn)400000桶原油。

在一期油田中新加入注水升級系統(tǒng)。在此工程中采用三臺11kV注水泵，單臺功率為960kW，因為功率比較大以及避免出現(xiàn)水錘現(xiàn)象損壞注水管線所以采用 11kV軟起動器，軟起動器安裝在注水泵附近的箱式變電站中。

2 軟起動器的原理

本工程采用的軟起動器類型是晶閘管式。晶閘管調(diào)壓軟起動器采用大功率晶閘管作主回路開關(guān)元件，通過改變晶閘管的導通角來實現(xiàn)電動機電壓的平穩(wěn)升降和無觸點通斷。起動電流可根據(jù)負載和工況任意設(shè)定。此類型的軟起動器應用了晶閘管串聯(lián)技術(shù)，通過光纖傳輸控制信號，控制晶閘管串的同時導通與關(guān)斷從而控制電動機的起動過程。

上述晶閘管串中的每一個晶閘管單元由兩個方向相反并聯(lián)連接的晶閘管組成。當電流處于正弦波的正半周而且晶閘管的控制端加電壓時，正方向的晶閘管導通，電流過零點時晶閘管關(guān)斷；當電流處于正弦波的負半周而且晶閘管的控制端加電壓時，反方向的晶閘管導通，電流過零點時晶閘管關(guān)斷。通過晶閘管導通角的控制來控制軟起動器輸出電壓的大小。

軟起動器由晶閘管軟起動功率單元和晶閘管觸發(fā)單元組成。

3 軟起動器的技術(shù)參數(shù)

軟起動器的主要技術(shù)參數(shù)以及出廠設(shè)置數(shù)值見表1。

表1 軟起動器的主要技術(shù)參數(shù)及出廠設(shè)置數(shù)值

其中0曲線是標準曲線，最穩(wěn)定最適用于電動機起動的曲線，可以保護電動機避免起動時間過長和電動機過熱。

脈沖突跳起動用來起動高靜摩擦負載，需要一個短時間的較大起動轉(zhuǎn)矩。軟起動器用大約70%～700%額定電流的電流脈沖起動來克服負載靜摩擦，脈沖時間在0～10s范圍內(nèi)可調(diào)。脈沖結(jié)束后加載給電動機的電壓又恢復到初始電壓并按照之前設(shè)定的參數(shù)沿斜線上升到全壓。

初始電壓用來確定電動機的初始轉(zhuǎn)矩。在頻率一定時電動機轉(zhuǎn)矩與所加電壓的平方成正比。初始電壓在 10%～50%范圍內(nèi)可調(diào)。如果設(shè)置數(shù)值過高則可能引起初始電流沖擊和機械沖擊過高。即使電流限制設(shè)置數(shù)值較低但是因初始電壓設(shè)置數(shù)值過高也會導致越過電流限制設(shè)置數(shù)值。

起動電流限制用來確定電動機在起動期間允許的最高電流值。起動電流限制在 100%～400%電動機額定電流范圍內(nèi)可調(diào)。如果設(shè)置數(shù)值較高電動機將會從主回路中獲得較大的電流并快速加速；如果設(shè)置數(shù)值較低將會導致電動機在加速結(jié)束后仍不能達到全速。

加速時間用來確定電動機電壓由初始電壓上升至全電壓的時間。

最大起動時間是從起動信號加入到加速結(jié)束的時間。如果在這段時間結(jié)束后電壓仍不能達到全壓，軟起動器將跳閘切斷電動機電源，且在面板上顯示“起動時間過長”的信息。最大起動時間在1～30s范圍內(nèi)可調(diào)。

4 調(diào)試中的問題及解決方法

在實際工程的調(diào)試中電動機及機泵起動分為兩個階段:①空載起動階段；②帶載起動階段。本注水泵在這兩個階段的調(diào)試都發(fā)生了一些故障。

4.1 空載起動調(diào)試階段

激勵和引導企業(yè)員工為企業(yè)發(fā)展做出企業(yè)所期望的貢獻，建立合理的薪酬管理制度是必不可少的，這也是推動企業(yè)戰(zhàn)略目標實現(xiàn)的重要保障。對于企業(yè)而言，擴大規(guī)模、節(jié)約成本、增加利潤以及創(chuàng)新開拓等都是企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略內(nèi)容，若是結(jié)合有效的薪酬管理，對于這些戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)都有著極大的促進作用，可以說這是企業(yè)與員工的雙贏。

空載起動調(diào)試階段中，首先在軟起動器的出廠設(shè)置的參數(shù)中修改了電動機額定電流一個數(shù)值，其余參數(shù)均沒有更改。根據(jù)電動機的額定功率960kW計算出額定電流為 62A。這一階段的軟起動器參數(shù)見表2。

表2 電動機空載起動時軟起動器的參數(shù)數(shù)值

（續(xù)）

隨后閉合主回路斷路器開始起動A注水泵的電動機。過了5min空載的電動機開始轉(zhuǎn)動，之后電動機開始震動且震動越來越劇烈，最后電動機的震動保護跳閘切斷電動機電源，起動失敗。

電動機震動保護設(shè)置的數(shù)值是75microns，到電動機跳閘斷電時震動值達到了 120microns，遠大于保護設(shè)定數(shù)值，對電動機損害較大。

調(diào)試的A注水泵電動機的電流監(jiān)控顯示跳閘時三相電流分別為127A、167A和169A，可以發(fā)現(xiàn)A相的電流過低導致三相極不平衡。所以可以判定電動機劇烈震動是由進線電流不平衡引起的。

在排除了電動機的安裝問題和機械故障之后，經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)三相電流不平衡是由于晶閘管觸發(fā)單元主板電壓的不平衡。隨后調(diào)整了主板電壓，調(diào)整前后的電壓值見表3。

表3 調(diào)整前后的主板電壓

調(diào)整主板電壓后再次閉合主回路斷路器起動 A注水泵電動機。這次電動機剛開始轉(zhuǎn)動時稍微有一些震動，過后平穩(wěn)無震動，起動成功。之后連續(xù)運行4h沒有故障。這次起動過程中三相起動電流峰值分別 213A、215A和 213A，三相運行電流分別為22A、22A和22A。

分析:第一次空載起動失敗是由電源三相不平衡引起的，所以將軟起動器晶閘管觸發(fā)單元主板的三相電壓調(diào)整平衡后使軟起動器輸出的三相電流達到平衡，從而避免了電動機的震動。同時調(diào)低了主板電壓，減小了較高的電流沖擊和機械沖擊，對減小起動時的震動也起了一定的作用。

4.2 帶載起動調(diào)試階段

在排除了機泵的安裝問題和機械故障之后，嘗試調(diào)整軟起動器的參數(shù)設(shè)置。調(diào)整了可能關(guān)系到這個問題的三個參數(shù)，即初始電壓、加速時間和最大起動時間。調(diào)整后的軟起動器參數(shù)數(shù)值見表4。

表4 電動機帶載起動時軟起動器的參數(shù)數(shù)值

調(diào)整軟起動器參數(shù)后再次閉合主回路斷路器起動A注水泵的電動機及機泵。這次起動中電動機帶動機泵轉(zhuǎn)動，起動成功。之后連續(xù)運行4h沒有故障。這次起動過程中三相起動電流峰值分別224A、224A和226A，三相運行電流分別為51A、51A和52A。

分析:第一次帶載起動失敗是由于軟起動器輸出的力矩小于電動機及機泵起動需要的力矩從而無法帶動負載轉(zhuǎn)動。各個初始電壓下軟起動器的輸出力矩與負載力矩之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 各初始電壓下軟起動器輸出力矩與負載力矩

圖 1中上面的虛線曲線是在 100%初始電壓下軟起動器的輸出力矩，中間的虛線曲線是在50%初始電壓下軟起動器的輸出力矩，下面的虛線曲線是在30%初始電壓下軟起動器的輸出力矩，實線曲線是負載曲線。

從圖中可以看出在開始起動時負載力矩曲線在30%初始電壓下軟起動器輸出力矩曲線上面，所以第一次帶載起動時電動機無法帶動機泵起動；在開始起動時負載力矩曲線在50%初始電壓下軟起動器輸出力矩曲線下面，所以第二次帶載起動時電動機可以帶動機泵起動。

同時將最大起動時間延長至 60s可以在最大起動時間到達前使軟起動器輸出更大的力矩，從而減小了因軟起動器輸出力矩增大較慢達到最大起動時間時被軟起動器跳閘切斷電源的風險。進一步增加了起動的成功率。

5 結(jié)論

軟起動器因其可以大大減小大功率設(shè)備起動電流對電網(wǎng)的沖擊以及在工藝上可以避免流體物料突然大量流出對管道產(chǎn)生的水錘效應，從而在現(xiàn)在的工程中被大量應用。在使用和調(diào)試軟起動器的過程中要注意以下兩個要點:

1）在有軟起動器的回路中很容易產(chǎn)生三相電流不平衡的現(xiàn)象，所以在設(shè)備起動中要監(jiān)控三相輸出電流，如果不平衡可調(diào)節(jié)軟起動器內(nèi)部元件觸發(fā)單元的主板電壓。

2）軟起動器的參數(shù)設(shè)置不但要與設(shè)備的參數(shù)相匹配，而且也要在參數(shù)的調(diào)整范圍內(nèi)選擇合適的參數(shù)。起動輸出電流過大速度過快起不到軟起動器的作用，起動輸出電流過小速度過慢無法起動設(shè)備。

［1］Handbook Of Electrical Engineering For Practitioners In The Oil G，Petrochemical I.Alan L［Z］.2002.

［2］International Electro technical Commission.IEC 60034-12 rotating electrical machines-Part 12［Z］.2007.

［3］International Electro technical Commission.IEC 60034-26 rotating electrical machines-Part 26［Z］.2007.

［4］International Electro technical Commission.Geneva［Z］.2011.

Solution for Problems of 11kV Soft Starter in the Commissioning

Zhao Qinchen Huang Jingjun Sun Feixiao
（China Petroleum Engineering Design Co.，Ltd，Beijing 100085）

The founction for soft starter is restriction of large motor starting in the power system.But the parameters of soft starter must match the parameters of motor in the period，otherwise the motor can't start.The problems in the testing and the solutions are shown in this article.

soft starter； parameter； motor starting

趙欽臣（1981-），男，漢族，天津市人，本科，工程師，從事孤網(wǎng)電力系統(tǒng)的研究。