高壓軟啟動(dòng)器在高壓水泵上的應(yīng)用

戴曉玏 張英

摘要：針對(duì)某石化企業(yè)焦化裝置的高壓水泵控制由全壓直接啟動(dòng)模式技改為降壓軟啟動(dòng)模式的案例，分析了該技術(shù)改進(jìn)過(guò)程中的技術(shù)特點(diǎn)、控制方法及其實(shí)際應(yīng)用效果。實(shí)踐證明，使用基于晶閘管的降壓軟啟動(dòng)方式啟動(dòng)高壓水泵，可以有效提高水泵電動(dòng)機(jī)的使用壽命，提升系統(tǒng)可靠性。

關(guān)鍵詞：高壓軟啟動(dòng)器;啟動(dòng)方式;降壓軟啟動(dòng);高壓水泵

0 引言

某石化企業(yè)焦化系統(tǒng)的高壓水泵采用2臺(tái)額定電壓為6 kV的異步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，初期高壓水泵采用全壓?jiǎn)?dòng)方式進(jìn)行啟動(dòng)，但系統(tǒng)投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)，其啟動(dòng)過(guò)程的啟動(dòng)電流達(dá)到額定電流的7倍以上，水泵頻繁啟停會(huì)擾動(dòng)系統(tǒng)用電環(huán)境，造成系統(tǒng)瞬時(shí)過(guò)載，可能導(dǎo)致出現(xiàn)系統(tǒng)壓降10%以上的直接后果。同時(shí)，該啟動(dòng)方式會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組溫度過(guò)高，使電動(dòng)機(jī)絕緣老化速度加快，對(duì)電動(dòng)機(jī)造成損傷的同時(shí)，在一定程度上提高了系統(tǒng)維護(hù)成本。因此，選擇一種適宜的軟啟動(dòng)裝置啟動(dòng)該高壓水泵配套電動(dòng)機(jī)，成為該石化企業(yè)亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

1 高壓水泵全壓?jiǎn)?dòng)存在的主要問(wèn)題

高壓水泵的6 kV高壓電動(dòng)機(jī)全壓直接啟動(dòng)主要存在以下常見(jiàn)技術(shù)問(wèn)題：

（1）影響電能質(zhì)量，影響其他設(shè)備的安全運(yùn)行。

系統(tǒng)投運(yùn)實(shí)測(cè)過(guò)程中，高壓水泵系統(tǒng)的全壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程，最大可導(dǎo)致系統(tǒng)用電母線電壓出現(xiàn)12%的壓降，系統(tǒng)照明出現(xiàn)明顯波動(dòng)，系統(tǒng)內(nèi)電子設(shè)備受到該影響的沖擊更為嚴(yán)重，系統(tǒng)內(nèi)的UPS系統(tǒng)、變頻器等設(shè)備的用電安全受到影響。同時(shí)，高壓水泵的啟動(dòng)電流達(dá)到額定電流的7倍以上，對(duì)煉油廠的主變壓器也造成了沖擊。

（2）全壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程造成電動(dòng)機(jī)損傷。

高壓水泵的啟動(dòng)電流達(dá)到額定電流的7倍以上，產(chǎn)生瞬時(shí)電流，該過(guò)程導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組瞬時(shí)過(guò)熱，對(duì)電動(dòng)機(jī)繞組及相關(guān)導(dǎo)線的絕緣造成損傷，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)絕緣老化速度加快，電動(dòng)機(jī)使用壽命降低。另外，在電動(dòng)力學(xué)作用下，過(guò)高的啟動(dòng)瞬時(shí)電流會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)導(dǎo)線相互摩擦，進(jìn)而降低系統(tǒng)導(dǎo)線及其緊固件的使用壽命。過(guò)電流導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)電壓現(xiàn)象，可能導(dǎo)致繞組瞬時(shí)電壓達(dá)到5倍以上額定電壓，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)繞組及其絕緣造成嚴(yán)重?fù)p傷。

該系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，出現(xiàn)了夾緊機(jī)構(gòu)松動(dòng)、線圈變形、鼠籠條斷裂等故障，特別是該系統(tǒng)因1#高壓水泵轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂事故，發(fā)生過(guò)一次全系統(tǒng)停機(jī)故障。

2 高壓水泵降壓?jiǎn)?dòng)方式的選擇

當(dāng)前軟啟動(dòng)技術(shù)發(fā)展已相當(dāng)成熟，相應(yīng)的技術(shù)原理也多種多樣，液力軟啟動(dòng)、固態(tài)軟啟動(dòng)、變頻軟啟動(dòng)、串聯(lián)電抗器降壓軟啟動(dòng)、其他降壓軟啟動(dòng)等啟動(dòng)方式均在相關(guān)系統(tǒng)中有所應(yīng)用。筆者通過(guò)綜合比較以上軟啟動(dòng)方式發(fā)現(xiàn)：（1）液力軟啟動(dòng)水箱內(nèi)液體可能汽化導(dǎo)致電纜三相短路，且其產(chǎn)生的水汽可能導(dǎo)致其他系統(tǒng)受潮，存在引發(fā)火災(zāi)或損害相關(guān)系統(tǒng)的隱患。（2）串聯(lián)電抗器降壓軟啟動(dòng)需要的控制空間較大，本文個(gè)案現(xiàn)場(chǎng)難以提供足夠的設(shè)備安裝條件。

因此，本文個(gè)案在選擇軟啟動(dòng)方式時(shí)，傾向于使用晶閘管固態(tài)軟啟動(dòng)方式進(jìn)行高壓水泵的降壓軟啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)對(duì)比設(shè)備性價(jià)比和供應(yīng)渠道，最終采用以色列產(chǎn)的SOLCON HRVS-DN高壓固態(tài)軟啟動(dòng)裝置作為本文個(gè)案的軟啟動(dòng)設(shè)備。

3 高壓軟啟動(dòng)器在高壓水泵上的應(yīng)用

綜合本文個(gè)案的車間現(xiàn)場(chǎng)具體情況和工藝要求，將1#、2#除焦高壓水泵電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式由全壓直接啟動(dòng)改為降壓軟啟動(dòng)。采用SOLCON HRVS-DN高壓固態(tài)軟啟動(dòng)裝置的額定電壓6 kV，啟動(dòng)設(shè)備整合在1個(gè)軟啟動(dòng)柜中，軟啟動(dòng)柜內(nèi)包含：高壓真空斷路器組件、可控硅組件、電壓及電流互感器組件、過(guò)電壓保護(hù)組件、電流變換器及相應(yīng)的電子控制設(shè)備。系統(tǒng)升級(jí)后，保留原有的高壓開(kāi)關(guān)柜，將軟啟動(dòng)柜連接于原高壓開(kāi)關(guān)柜后方，使原高壓開(kāi)關(guān)柜作為軟啟動(dòng)柜的電源控制柜使用。2臺(tái)高壓水泵的控制系統(tǒng)分別連接在6 kV母線的I/II兩段。

3.1? ? 軟啟動(dòng)裝置的工作原理

晶閘管驅(qū)動(dòng)的降壓軟啟動(dòng)系統(tǒng)是在一次回路中串聯(lián)或并聯(lián)多個(gè)可控硅組件，當(dāng)系統(tǒng)收到啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，使用軟件系統(tǒng)控制可控硅系統(tǒng)的導(dǎo)通角，使電動(dòng)機(jī)按照一定的電壓U-t斜率逐步增加電壓，使電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，會(huì)給電動(dòng)機(jī)導(dǎo)通額定電壓，使旁路高壓真空接觸器組件接通，同時(shí)關(guān)閉可控硅控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)還可以對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全程監(jiān)控，并提供多種常見(jiàn)故障的識(shí)別和保護(hù)功能。

3.2? ? 高壓軟啟動(dòng)裝置特點(diǎn)

該軟啟動(dòng)設(shè)備存在以下技術(shù)及功能特點(diǎn)：

第一，啟動(dòng)方式選項(xiàng)較多，可以提供現(xiàn)場(chǎng)按鈕啟動(dòng)、鍵盤啟動(dòng)、遙控啟動(dòng)、組合啟動(dòng)等多種啟動(dòng)方式。

第二，控制方式多樣。根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載變化，在0～120 s啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)斜坡電壓控制，即保證電動(dòng)機(jī)電壓的線性無(wú)極控制，初始電壓及啟動(dòng)過(guò)程電壓可控制在全電壓的20%～80%;可以實(shí)現(xiàn)電流線性控制及限流控制，確保電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)過(guò)電流不超過(guò)額定電流的4倍;可以實(shí)現(xiàn)恒壓控制，有效控制啟動(dòng)過(guò)程中的系統(tǒng)過(guò)電壓和用電網(wǎng)絡(luò)壓降。

第三，該設(shè)備可提供缺相保護(hù)、欠壓保護(hù)、電源過(guò)電壓保護(hù)、系統(tǒng)過(guò)流保護(hù)、速斷保護(hù)、啟動(dòng)器自身保護(hù)及晶閘管保護(hù)等綜合保護(hù)功能。

3.3? ? 高壓水泵軟啟動(dòng)器的控制方式及保護(hù)設(shè)置

在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中，最終選擇以下控制和保護(hù)整定策略：（1）系統(tǒng)初始電壓設(shè)定為額定電壓的50%，即Uo=3 kV;（2）啟動(dòng)時(shí)間設(shè)定為t=68 s;（3）啟動(dòng)步距設(shè)定為線性上升;（4）全壓控制條件設(shè)定為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速;（5）速斷保護(hù)整定值為7.9倍的額定電壓，延時(shí)為0 s;（6）過(guò)載保護(hù)整定為1.2倍的額定電流，延時(shí)為4 s;（7）欠壓保護(hù)設(shè)定為0.7倍的額定電壓，延時(shí)為2 s;（8）過(guò)電壓保護(hù)設(shè)定為1.2倍的額定電壓，延時(shí)為2 s。

4 高壓軟啟動(dòng)器實(shí)際應(yīng)用效果

首先，該軟啟動(dòng)設(shè)備投運(yùn)后，經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，軟啟動(dòng)時(shí)最大電流為額定電流的3.2倍，而該軟啟動(dòng)設(shè)備使用前，在全壓?jiǎn)?dòng)條件下，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)最大電流為額定電流的7.0倍。該軟啟動(dòng)設(shè)備有效降低了系統(tǒng)啟動(dòng)電流。

其次，使用該軟啟動(dòng)設(shè)備后，高壓水泵的啟動(dòng)電流和啟動(dòng)瞬時(shí)電壓受到了較好控制，使啟動(dòng)過(guò)程的功率損耗有效降低。

最后，該軟啟動(dòng)設(shè)備對(duì)啟動(dòng)電流進(jìn)行了有效控制，有效減輕了啟動(dòng)過(guò)程對(duì)電動(dòng)機(jī)的沖擊，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)發(fā)熱現(xiàn)象也得到了有效控制，電動(dòng)機(jī)使用壽命得到了有效延長(zhǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

高壓軟啟動(dòng)器在6 kV高壓水泵中的應(yīng)用，有效降低了高壓水泵的啟動(dòng)電壓和啟動(dòng)電流，減輕了高壓水泵啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)的影響，提升了設(shè)備用電安全性，提高了用電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電能質(zhì)量，對(duì)于保證高壓水泵控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性具有積極意義。

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收稿日期：2020-07-28

作者簡(jiǎn)介：戴曉玏（1991—），男，貴州印江人，助理工程師，研究方向：電氣工程。