水電站“軟啟動裝置”應(yīng)用及防故障措施研究

應(yīng)明

（國電浙江甌江水電開發(fā)有限公司，浙江 麗水323000）

在以往的水電站運行管理中，輔助設(shè)備的啟停由電機(jī)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)。輔助設(shè)備電機(jī)啟動會產(chǎn)生較大的短時啟動電流，會加大變壓器容量、降低電動機(jī)使用壽命，甚至燒毀電機(jī)。而電機(jī)控制系統(tǒng)保護(hù)功能不到位，不能有效降低輔助設(shè)備電機(jī)的啟動電流，“軟啟動裝置”應(yīng)運而生，可有效控制電機(jī)的啟動電流。

1 水電站“軟啟動裝置”的應(yīng)用

1.1“軟啟動裝置”的應(yīng)用背景

在水電站生產(chǎn)運行中，需應(yīng)用多種輔助設(shè)備，如空壓機(jī)、水泵、油泵等。這類設(shè)備均具備電動機(jī)，由電動機(jī)驅(qū)動設(shè)備。在設(shè)備電動機(jī)啟動時，會產(chǎn)生電動機(jī)額定電流八倍左右的短時電流，會對水電站造成一定影響，具體體現(xiàn)在以下幾方面：（1）短時大電流會使用電母線的電壓迅速下降，用電母線上連接的其他設(shè)備造成影響；（2）加大水電站的廠用電變壓器容量，提高水電站的投入成本；（3）燒毀電動機(jī)，在水電站生產(chǎn)運行中，多種輔助設(shè)備需頻繁進(jìn)行啟動操作，啟動時產(chǎn)生的短時大電流，會對電動機(jī)造成不利影響，甚至燒毀電機(jī)；（4）在電動機(jī)產(chǎn)生八倍短時電流的同時，會產(chǎn)生力矩沖擊，對電動機(jī)及輔助設(shè)備造成影響，縮短其使用壽命[1]。

對于短時大電流的影響，技術(shù)人員大都采用減少電動機(jī)啟動電壓的方法，降低電動機(jī)啟動時產(chǎn)生的短時電流，如自耦變壓器降壓、電抗器降壓等。這類降壓方法存在降壓設(shè)備占地面積大、安裝運維復(fù)雜等問題，不利于輔助設(shè)備控制柜的正常運行。同時，電動機(jī)降壓啟動方法不能規(guī)避短時大電流造成的力矩沖擊，在輔助設(shè)備電動機(jī)保護(hù)方面效果不佳。

針對電動機(jī)減壓啟動的諸多不足，技術(shù)人員研發(fā)出“軟啟動裝置”，用于降低電動機(jī)啟動時產(chǎn)生的電流。“軟啟動裝置”的核心技術(shù)為數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代模糊控制理論，實現(xiàn)電動機(jī)的控制、保護(hù)及監(jiān)測，保障電動機(jī)的穩(wěn)定可靠運行。在電動機(jī)運行中，“軟啟動裝置”不僅能夠在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的電壓和電流范圍內(nèi)，控制電動機(jī)呈現(xiàn)平滑啟動、停止?fàn)顟B(tài)，還可實施檢測電動機(jī)的運行狀態(tài)，避免電動機(jī)啟動或運行過程中產(chǎn)生較大沖擊力矩或沖擊電流?？梢姡谒娬具\行中，“軟啟動裝置”的應(yīng)用可有效降低電動機(jī)啟動產(chǎn)生的短時大電流，保障輔助設(shè)備的穩(wěn)定可靠運行，進(jìn)而實現(xiàn)水電站的穩(wěn)定運行。在實際應(yīng)用中，“軟啟動裝置”包括電流檢測回路、存儲器、出發(fā)回路、CPU、SCR、KM 及操作鍵盤等部分，技術(shù)人員需按照規(guī)范要求，將其組裝于同個殼體內(nèi)，安裝在輔助設(shè)備控制柜中，控制輔助設(shè)備電動機(jī)的啟停，起到保護(hù)電動機(jī)與輔助設(shè)備的作用。

1.2“軟啟動裝置”的應(yīng)用故障

雖然和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，“軟啟動裝置”在短時大電流控制方面優(yōu)勢顯著，但其在運行中時常出現(xiàn)故障現(xiàn)象，影響其作用的發(fā)揮。通常來說，水電站位于河流或湖泊附近，周圍環(huán)境的溫濕度較高，輔助設(shè)備控制柜內(nèi)相對潮濕，表現(xiàn)出濕度大、溫度高、通風(fēng)效果不佳等問題，使“軟啟動裝置”的運行環(huán)境較惡劣。就此，在“軟啟動裝置”運行期間，其控制電路板可能會受溫濕度影響，產(chǎn)生凝露，影響“軟啟動裝置”的正常運行。同時，技術(shù)人員操作不當(dāng)，會使“軟啟動裝置”出現(xiàn)機(jī)械故障，進(jìn)而影響其正常運行。大量水電站運行實踐表明，設(shè)計人員在進(jìn)行水電站的輔助設(shè)備控制柜設(shè)計時，各類“軟啟動裝置”產(chǎn)品均會在使用中出現(xiàn)故障或燒毀現(xiàn)象，對水電站的正常運行產(chǎn)生不利影響。在“軟啟動裝置”運行中，部分設(shè)備的故障或燒毀現(xiàn)象由設(shè)備本身的質(zhì)量引起，更主要的原因在于輔助設(shè)備控制柜的設(shè)計存在問題，或技術(shù)人員的操作存在問題。

就設(shè)計角度而言，由于水電站建設(shè)于湖泊或河流附近，水電站輔助設(shè)備控制柜的內(nèi)部環(huán)境相對潮濕。通常來說，水電站會在枯水期停止運行，控制柜內(nèi)的部分輔助設(shè)備同時停止。而在水電站恢復(fù)運行后，輔助設(shè)備一旦通電，會在潮濕環(huán)境影響下出現(xiàn)短路現(xiàn)象，使“軟啟動裝置”被燒毀。

就操作角度而言，雖然部分技術(shù)人員在輔助設(shè)備控制柜內(nèi)抗冷凝加熱器，用于提高控制柜內(nèi)的溫濕度，規(guī)避潮濕環(huán)境帶來的不利影響。但部分技術(shù)人員應(yīng)用的抗冷凝加熱器均需手動操作，不能結(jié)合輔助設(shè)備控制柜內(nèi)的潮濕環(huán)境，進(jìn)行自動化調(diào)節(jié)。細(xì)化來說，在抗冷凝加熱器應(yīng)用時，需進(jìn)行預(yù)加熱環(huán)節(jié)，逐步提升輔助設(shè)備控制柜內(nèi)的溫度。而部分技術(shù)人員可能不按照規(guī)范操作規(guī)程操作抗冷凝加熱器，直接啟動抗冷凝加熱器，并開啟輔助設(shè)備的電機(jī)，會使抗冷凝加熱器喪失其功能，使“軟啟動裝置”被燒毀[2]。

2 水電站“軟啟動裝置”故障預(yù)防措施

結(jié)合大量水電站運行實踐，“軟啟動裝置”的故障原因集中于內(nèi)部控制電路板位置產(chǎn)生的凝露。就此，在采取故障預(yù)防措施時，水電站可在引進(jìn)性能優(yōu)異“軟啟動裝置”的基礎(chǔ)上，采取輔助措施，通過自動化技術(shù)，使內(nèi)部控制電路板不產(chǎn)生凝露，為“軟啟動裝置”創(chuàng)設(shè)良好運行環(huán)境。

2.1 應(yīng)用智能溫濕度控制裝置

智能溫濕度控制裝置能夠在水電站內(nèi)安裝多個傳感器，收集水電站運行環(huán)境的溫濕度參數(shù)，并將其與“軟啟動裝置”正常運行的環(huán)境參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)對比。在環(huán)境實際溫濕度不符合“軟啟動裝置”運行要求時，智能溫濕度控制裝置可發(fā)出報警信號，“軟啟動裝置”不會啟動。同時，智能溫濕度控制裝置會發(fā)出控制信號，開啟抗冷凝加熱器與通風(fēng)過濾網(wǎng)組，調(diào)節(jié)水電站的運行環(huán)境，使其溫濕度參數(shù)符合“軟啟動裝置”的運行要求。

為保障智能溫濕度控制裝置的功能發(fā)揮，水電站技術(shù)人員需做好設(shè)備選型，確保智能溫濕度控制裝置及傳感器，能夠在高溫高濕等復(fù)雜環(huán)境下運行。同時，智能溫濕度控制裝置需具備數(shù)據(jù)分析、故障檢測、聲光報警等功能，切實實現(xiàn)“軟啟動裝置”的智能化管理。其中，數(shù)據(jù)分析是指智能溫濕度控制裝置可對采集的溫濕度參數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合溫濕度與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的差距，選擇開啟抗冷凝加熱器或通風(fēng)系統(tǒng)；故障檢測是指智能溫濕度控制裝置需具備自愈功能，實現(xiàn)“軟啟動裝置”的持續(xù)化監(jiān)控；聲光報警是指在智能溫濕度控制裝置出現(xiàn)故障，不能有效調(diào)解水電站環(huán)境溫濕度的情況下，智能溫濕度控制裝置可自動報警，提示值班人員維修設(shè)備，保障其長期可靠運行，為“軟啟動裝置”創(chuàng)設(shè)良好運行環(huán)境。

2.2 應(yīng)用抗冷凝加熱器

通過上述分析可知，在水電站“軟啟動裝置”管理中，抗冷凝加熱器具有溫濕度調(diào)節(jié)功能，可為“軟啟動裝置”創(chuàng)設(shè)最佳工作條件。為保障故障預(yù)防措施的有效落實，技術(shù)人員需將抗冷凝加熱器安裝于輔助設(shè)備控制柜內(nèi)，并合理選擇設(shè)備型號，確保其功能的有效發(fā)揮。細(xì)化來說，抗冷凝加熱器需在交流220V 工況下，仍舊提供足夠熱量。就此，技術(shù)人員需根據(jù)輔助設(shè)備控制柜暴露表面積20W/m2的規(guī)格配置加熱器；在安裝加熱器時，采取機(jī)械保護(hù)措施，并將加熱器的帶電部分遮蓋；在安裝加熱器時，為其配置展開的鋁殼，避免加熱器和外界接觸，影響其加熱性能。同時，在抗冷凝加熱器出廠前，技術(shù)人員需對其進(jìn)行運行測試，要求抗冷凝加熱器外罩所有位置的表層溫度，均低于70℃，不符合要求的加熱器返廠處理，嚴(yán)禁使用。

2.3 應(yīng)用通風(fēng)過濾網(wǎng)組

在水電站“軟啟動裝置”的溫濕度調(diào)節(jié)中，抗冷凝加熱器發(fā)揮加熱作用，通風(fēng)過濾網(wǎng)組發(fā)揮散熱作用，該設(shè)備需安裝至輔助設(shè)備控制柜的殼體位置，通常安裝于控制柜的柜門或者柜頂位置。為避免昆蟲等動物進(jìn)入控制柜，影響輔助設(shè)備運行效果，需選擇銀制細(xì)網(wǎng)或其他符合IP44 防護(hù)等級要求的濾網(wǎng)。為保障通風(fēng)過濾網(wǎng)組和控制網(wǎng)的適配性，技術(shù)人員需為通風(fēng)過濾網(wǎng)組的生產(chǎn)廠家提供控制柜的尺寸，使生產(chǎn)的通風(fēng)過濾網(wǎng)規(guī)格符合要求[3]。

綜上所述，“軟啟動裝置”在運行期間易出現(xiàn)故障或被燒毀，影響水電站的正常運行。針對“軟啟動裝置”故障出現(xiàn)原因，技術(shù)人員需為輔助設(shè)備控制柜配置智能溫濕度控制裝置、抗冷凝加熱器與通風(fēng)過濾網(wǎng)組，為“軟啟動裝置”創(chuàng)設(shè)良好的溫濕度環(huán)境，保障其長期可靠運行，發(fā)揮其在控制電動機(jī)啟動短時大電流方面的作用。