摘要：介紹目前泵站水泵直接起動(dòng)出現(xiàn)的問(wèn)題，淺析現(xiàn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的幾種方式，根據(jù)泵站的實(shí)際情況，選擇恰當(dāng)?shù)钠饎?dòng)方式，分析運(yùn)用新的起動(dòng)方式泵站可能的運(yùn)行情況。
　　關(guān)鍵詞：直接起動(dòng) 起動(dòng)電流 起動(dòng)力矩 水錘 軟起動(dòng) 可控硅
　　中圖分類號(hào)：TV61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2011)10(b)-0000-00
　　
　　1、峽南泵站概況
　　福清市閩江調(diào)水工程取水頭部—峽南泵站，位于閩侯縣峽南村。峽南泵站目前一期總裝機(jī)容量為3400KW水泵機(jī)組，其中有一臺(tái)單機(jī)容量為1800KW的立式離心水泵機(jī)組，兩臺(tái)單機(jī)容量為800KW的臥式離心水泵機(jī)組，另預(yù)留規(guī)劃中二期總裝機(jī)容量為5400KW的三臺(tái)單機(jī)容量為1800KW立式水泵機(jī)組的機(jī)位，視實(shí)際情況決定是否安裝投產(chǎn)。
　　峽南泵站供電是由閩侯縣蘭圃變電站通過(guò)泵站二回342線路（35KV專用線路）向泵站供電，經(jīng)站內(nèi)容量為6300KVA主變壓器變壓為6KV供給電動(dòng)機(jī)，35KV及6KV母線均采用單母線分段，配電裝置為JYN35KV和JYN6KV開關(guān)柜。
　　
　　2、峽需泵站目前的運(yùn)行情況
　　目前泵站的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式采用直接起動(dòng)，出現(xiàn)了一些問(wèn)題，現(xiàn)就對(duì)出現(xiàn)這些問(wèn)題進(jìn)行分析總結(jié)：
　　1）對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊：由于站內(nèi)電動(dòng)機(jī)功率大，直接全壓起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生短時(shí)的沖擊電流，對(duì)電網(wǎng)大系統(tǒng)沖擊很大；同時(shí)，還可能引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)，儀表指示和計(jì)量不準(zhǔn)以及通信受干擾等一系列問(wèn)題，對(duì)自身系統(tǒng)也是個(gè)沖擊。
　　泵組起動(dòng)時(shí)，電壓驟降，照明瞬間變暗，為確保系統(tǒng)運(yùn)行安全，閩侯縣電業(yè)局調(diào)度中心規(guī)定，泵站機(jī)組起動(dòng)時(shí)要申請(qǐng)要得到縣調(diào)許可，要避峰起動(dòng)，經(jīng)常是在午夜零點(diǎn)過(guò)后才允許起動(dòng)，影響了調(diào)水的效率。
　　2）對(duì)設(shè)備的沖擊：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，大電流對(duì)繞組上的過(guò)大電磁力直接引起的扭矩過(guò)大，擺度很大，噪音很大，振動(dòng)很大，會(huì)造成定子繞組接頭開焊、轉(zhuǎn)子鼠籠斷條等缺陷。
　　起動(dòng)時(shí)，由于產(chǎn)生短時(shí)間的起動(dòng)電流，在接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，單位電流的力矩很大，產(chǎn)生沖擊轉(zhuǎn)矩，管內(nèi)壓力不平衡，形成水錘，致使泵組振動(dòng)厲害，現(xiàn)在是靠人工通過(guò)電動(dòng)閘閥的開度來(lái)增加阻力，消除起動(dòng)水泵時(shí)產(chǎn)生的水錘，但不符合自動(dòng)化設(shè)計(jì)要求，人工調(diào)整開度，不會(huì)很準(zhǔn)確，也會(huì)產(chǎn)生水錘，另外水力沖擊對(duì)電動(dòng)閘閥也造成傷害。
　　停機(jī)時(shí)，隧洞里的水一方面在重力的作用下回流，另一方面管里的水因慣性而繼續(xù)流動(dòng)，從而引起水力沖擊產(chǎn)生水錘，致使水泵振動(dòng)。
　　經(jīng)過(guò)此段時(shí)間的運(yùn)行，由于起動(dòng)、停機(jī)時(shí)擺動(dòng)大，泵組及輔機(jī)和相關(guān)設(shè)備的出現(xiàn)許多故障，如前年3#立式泵由于振動(dòng)大，水泵軸承處黃油漏光，導(dǎo)致軸溫過(guò)熱變形只能進(jìn)行大修，整體拆卸變形軸運(yùn)回廠家重新修正；1#臥式泵由于起、停振動(dòng)大，經(jīng)常導(dǎo)致軸承蓋松動(dòng)，再次起動(dòng)后軸承處摩擦厲害，軸承由于溫度過(guò)高爆裂，軸承蓋也損壞；還有3#立式泵的冷卻水管由于振動(dòng)大，經(jīng)常爆裂；液控閘閥也由于水錘振動(dòng)大經(jīng)常漏油等問(wèn)題。
　　另外由于調(diào)峰運(yùn)行和福清用水的不規(guī)律，電動(dòng)機(jī)的起停次數(shù)增加，更增加了設(shè)備的故障率，縮短了檢修周期和設(shè)備的使用壽命，增加了檢修費(fèi)用和人工成本，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)可觀。
　　3）由于福清建有調(diào)節(jié)水庫(kù)，當(dāng)水位達(dá)到一定的高程時(shí)，壓力增大時(shí)，水泵的阻力也增大，水泵的揚(yáng)程增大，水泵的轉(zhuǎn)速降低，出水量也隨之減少，水泵效率降低。
　　4）考慮江陰開發(fā)區(qū)和平潭的發(fā)展，泵站另三臺(tái)立式水泵（1800KW）也有可能即將建設(shè)投入運(yùn)行，到時(shí)無(wú)論是對(duì)電網(wǎng)大系統(tǒng)的壓力還是確保運(yùn)行的安全可靠性，直接全壓起運(yùn)動(dòng)都是個(gè)問(wèn)題，對(duì)泵站的水泵運(yùn)行方式進(jìn)行技術(shù)改造勢(shì)在必行。
　　3、傳統(tǒng)起動(dòng)器
　　傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)通常采用直接起動(dòng)、降壓起動(dòng)。
　?。?）電動(dòng)機(jī)在全壓下直接起動(dòng)具有起動(dòng)力矩大，轉(zhuǎn)矩增加快的特點(diǎn)，但起動(dòng)電流大，其起動(dòng)電流及電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖2所示。
　　
　?。?）降壓起動(dòng)：
　　1）Y/△控制起動(dòng)：電動(dòng)機(jī)的定子繞組三相接為Y（星）形，每相繞組的電壓為額定電壓的，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流減少，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也小，運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，通過(guò)起動(dòng)器自動(dòng)或手動(dòng)將電動(dòng)機(jī)定子三相繞組接線變換為△（三角）形，每相繞組的電壓升為額定電壓后可正常工作。
　　2）自耦變壓器起動(dòng)：在電動(dòng)機(jī)的控制電路中，利用自耦變壓器降低電源電壓，以減少起動(dòng)電流。自耦變壓器輸出側(cè)有不同的電壓抽頭，可借助調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電壓，以達(dá)到降低起動(dòng)電流，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后可逐漸調(diào)節(jié)至額定電壓。
　　3）串電抗起動(dòng)：串電抗起動(dòng)為在電動(dòng)機(jī)的電源電路中設(shè)一串接電抗線圈旁路，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，通過(guò)電抗線圈降壓，以減少起動(dòng)電流，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，甩掉電抗線圈，切換為全電壓運(yùn)行。
　　4）串電阻起動(dòng)：串電阻起動(dòng)的工作原理與串電抗起動(dòng)相似，其區(qū)別是在電源電路中串接電阻元件，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，通過(guò)電阻元件降壓，以減小起動(dòng)電流。
　　傳統(tǒng)起動(dòng)器價(jià)格低廉，通過(guò)降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓來(lái)降低起動(dòng)電流，起動(dòng)方式采用分步跳躍上升的恒壓起動(dòng)，由于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)力矩與所加電壓的平方成正比，所以降壓起動(dòng)只適用于空載或輕載起動(dòng)的設(shè)備，只有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于阻力轉(zhuǎn)矩才能順利起動(dòng)；此外，起動(dòng)過(guò)程中存在二次沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩，而且接觸器故障多、電動(dòng)機(jī)沖擊電流大、沖擊轉(zhuǎn)矩大、沖擊力矩也大，效率低。
　　4、現(xiàn)代起動(dòng)器
　　現(xiàn)代起動(dòng)器主要有串可變電阻、變頻調(diào)速及可控硅調(diào)壓軟起動(dòng)器三種軟起動(dòng)器方案。其中，串可變電阻起動(dòng)器穩(wěn)定性不夠，體積大，維修工作量大；變頻器調(diào)速軟起動(dòng)器價(jià)格昂貴，常用于控制要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的中壓電動(dòng)機(jī)；可控硅調(diào)壓軟起動(dòng)器的價(jià)格略高于串可變電阻起動(dòng)器和Y/△起動(dòng)器，系統(tǒng)工作時(shí)對(duì)電網(wǎng)無(wú)過(guò)大沖擊，可大大降低系統(tǒng)的配電容量，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)小，起動(dòng)、停車平滑穩(wěn)定，可提高電動(dòng)機(jī)的使用壽命和經(jīng)濟(jì)效益。
　?。?）串可變電阻（熱變阻或液體變阻）起動(dòng)器：
　　1）高壓熱變電阻器由平衡的三相具有負(fù)溫特性的電阻組成。當(dāng)該電阻通入電流時(shí)，電阻體溫度逐步升高而電阻值逐步減小，從而使電動(dòng)機(jī)端電壓逐步升高，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐步增加，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)且降低起動(dòng)電流的目的。熱變電阻器受環(huán)境溫度的影響比較大，對(duì)連續(xù)起動(dòng)次數(shù)有限制，熱變電阻器也不可靠，容易損壞。
　　2）液體電阻式靠極板的移動(dòng)和大電流使水汽化（極板表面）形成高電阻改變液體的電阻來(lái)控制起動(dòng)電流（電壓），而液變電阻是靠摻入雜質(zhì)的多少、極板的大小及大電流使極板附近的水汽化產(chǎn)生的高電阻來(lái)控制起動(dòng)電流，二者都是串在定子回路中。
　　水電阻和液變電阻式軟起動(dòng)裝置受環(huán)境溫度的影響比較大，主要是由于對(duì)汽化電阻的影響較大，因此起動(dòng)電流控制不準(zhǔn)確，另外二者在起動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的能量損耗，使水溫迅速升高，所以對(duì)連續(xù)起動(dòng)次數(shù)是有限制的。
　　液變電阻軟起動(dòng)裝置以電流為調(diào)節(jié)變量，由于液變電阻受環(huán)境溫度的影響較大，有時(shí)會(huì)發(fā)生汽化電阻太大，起動(dòng)電流不能達(dá)到此最大值的情況下，這時(shí)電動(dòng)機(jī)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到額定轉(zhuǎn)速，造成起動(dòng)失敗，如果需第二次起動(dòng)時(shí)則必須等待降溫，可能要幾個(gè)小時(shí)，效率比較低。
　　水電阻式軟起動(dòng)裝置由于極板是移動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生上述的問(wèn)題，但是水的汽化壓力會(huì)使極板劇烈振動(dòng)，使其壽命縮短，大大功率電動(dòng)機(jī)的情況下，這個(gè)問(wèn)題將變得非常嚴(yán)重。
　　用水電阻起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，水電阻串在電動(dòng)機(jī)的末端，產(chǎn)生操作過(guò)電壓的情況與直接全壓起動(dòng)的情況時(shí)一樣的，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣造成很大傷害。
　?。?）變頻調(diào)速軟起動(dòng)器
　　
　　變頻調(diào)速軟起動(dòng)器是通過(guò)改變頻率來(lái)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)從零速開始起動(dòng)，逐漸升壓升速，直至頻率達(dá)到工頻50Hz，定子繞組電壓也達(dá)到額定電壓，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速。
　　變頻軟起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是由于采用電壓/頻率按比例控制方法，所以不會(huì)產(chǎn)生過(guò)電流，并可提供等于額定轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)力矩，特別適合于需重載或滿載起動(dòng)的設(shè)備。采用變頻器控制的電動(dòng)機(jī)具有良好的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)性能，在低速也可以任意調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高達(dá)150%的額定轉(zhuǎn)矩。它可以恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流可限制在150%的額定電流以內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)自由停車、軟停車、泵停機(jī)等，在運(yùn)行中可根據(jù)負(fù)載情況調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，提高電動(dòng)機(jī)的效率，節(jié)省電能。
　　如果變頻器僅僅承擔(dān)軟起動(dòng)的任務(wù)時(shí)，不作為調(diào)速來(lái)運(yùn)行的話，則在變頻器帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，就要將電動(dòng)機(jī)切換到工頻電網(wǎng)直接供電運(yùn)行，變頻器可以再去起動(dòng)其他的電動(dòng)機(jī)，這樣可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)。
　　（3）可控硅軟起動(dòng)器
　　現(xiàn)代可控硅軟起動(dòng)器主要由串接于電源與被控電動(dòng)機(jī)之間三對(duì)反并聯(lián)的大功率可控硅調(diào)壓電器構(gòu)成，是用微電腦自動(dòng)控制的可控硅交流調(diào)壓器，利用三對(duì)可控硅的電子開關(guān)特性，通過(guò)微電腦控制其觸發(fā)脈沖的三相電壓大小。異步電動(dòng)機(jī)一方面轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方近似成正比，另一方面電動(dòng)機(jī)的電流與定子電壓成下比。所以采用大功率可控硅做主回路開關(guān)元件，通過(guò)改變可控硅的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電壓的平穩(wěn)升降和無(wú)觸點(diǎn)通斷，以滿足不同的負(fù)載起動(dòng)特性。
　　電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，可控硅的導(dǎo)通角逐漸增大，定子繞組端電壓也逐漸增大，電動(dòng)機(jī)從零開始加速，直到可控硅全導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)平滑起動(dòng)，起動(dòng)電流可根據(jù)負(fù)載和工況任意設(shè)定，相反可通過(guò)可控硅的導(dǎo)通角逐漸減小實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟停車，減少水錘的影響。
　　起動(dòng)器還能自動(dòng)監(jiān)視電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和負(fù)載情況，經(jīng)過(guò)計(jì)算來(lái)決定電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電壓，以便提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，使其以最小電流運(yùn)行，降低損耗，提高效率，所以它是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)精確控制，替代傳統(tǒng)起動(dòng)器的理想選擇。
　　當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，通過(guò)真空接觸器來(lái)取代已完成起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)器裝置，以降低可控硅的熱耗，提高系統(tǒng)效率，在這種模式下用一臺(tái)軟起動(dòng)器裝置可起動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)。
　　5、結(jié)論
　　通過(guò)上述對(duì)幾種電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器的比較，用可控硅軟起動(dòng)器和變頻調(diào)速軟起動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)和軟停車，效果都比較好。
　?。?）可選用變頻器和可控硅軟起動(dòng)器結(jié)合的方案：一臺(tái)由變頻器控制作為調(diào)速泵，另兩臺(tái)作為定速泵，由可控硅軟起動(dòng)器來(lái)拖動(dòng)。
　　因?yàn)楦邏鹤冾l器的價(jià)格昂貴，若都采用變頻器一拖一起動(dòng)的話，投資太大，也沒(méi)有這個(gè)必要，因?yàn)楦Ｇ逡呀ㄓ姓{(diào)節(jié)水庫(kù)，泵站起動(dòng)時(shí)不需要全容量轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，故只用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)一臺(tái)調(diào)速泵運(yùn)行，同樣也可實(shí)現(xiàn)全容量范圍的恒壓供水，其他兩臺(tái)定速水泵可由一臺(tái)可控硅軟起動(dòng)器切換來(lái)實(shí)現(xiàn)水泵的軟起動(dòng)和軟停車，現(xiàn)在可控硅軟起動(dòng)器可實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，價(jià)格僅為變頻器價(jià)格的15%~20%左右，由它來(lái)控制其它泵的起停，這樣不僅使水泵的效率得到充分的提升，節(jié)省電能，也可以避免了變頻器的頻繁切換操作，系統(tǒng)可靠性大大提高。
　　（2）為節(jié)約投資，可選用一臺(tái)軟起動(dòng)器來(lái)拖動(dòng)三臺(tái)泵，通過(guò)真空接觸器來(lái)切換實(shí)現(xiàn)三臺(tái)泵的軟起動(dòng)和軟停車，但若作為長(zhǎng)期運(yùn)行，其效率不高，不能節(jié)約能源。
　　目前由于泵站還未能實(shí)現(xiàn)正常的運(yùn)營(yíng)，只是為了短期實(shí)現(xiàn)任務(wù)而運(yùn)行設(shè)備，可以先投資一臺(tái)可控硅軟起動(dòng)器來(lái)拖動(dòng)泵組的軟起動(dòng)和軟停車，其接線圖如圖3所示。
　　
　　若泵站現(xiàn)有的三臺(tái)泵組由一臺(tái)可控硅起動(dòng)器來(lái)依次起動(dòng)，在正常情況下，又可依次實(shí)現(xiàn)三臺(tái)泵組的軟停車，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流減小，對(duì)泵組的沖擊減少，若經(jīng)過(guò)精確計(jì)算，也可消滅水錘現(xiàn)象，泵組的振動(dòng)減小，也減小對(duì)設(shè)備的破壞作用，泵站的運(yùn)行檢修費(fèi)用也比現(xiàn)在全壓起動(dòng)大大減少，各種設(shè)備的壽命也更長(zhǎng)，性能也會(huì)比全壓起動(dòng)的好。
　　無(wú)論是選擇哪種方案，都要本著節(jié)能降耗的目的，并考慮泵站現(xiàn)有的設(shè)備、空間位置和二期另三臺(tái)立式泵組投產(chǎn)后的情況，對(duì)泵站進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化改造。