姜濤

（廣東省韶鋼集團(tuán)公司煉鐵部煉鐵分廠，廣東 韶關(guān)512123）

1 引言

韶鋼煉鐵廠目前共有11臺(tái)大型風(fēng)機(jī)，負(fù)責(zé)給1～7號(hào)高爐供風(fēng)，電動(dòng)機(jī)的功率由2 000～18 000 kW不等，目前這類風(fēng)機(jī)的起動(dòng)不是直接起動(dòng)，大部分都通過串入水電阻進(jìn)行降流起動(dòng)，這種水阻降流起動(dòng)目前已不適應(yīng)生產(chǎn)的需求，在使用過程中也發(fā)現(xiàn)這類起動(dòng)方式存在不少的弊病，已嚴(yán)重制約了生產(chǎn)的發(fā)展，目前較好的起動(dòng)方式有高壓變頻器起動(dòng)裝置、高壓軟起動(dòng)器裝置及高壓磁控軟起動(dòng)裝置，性能最好的是高壓變頻器起動(dòng)裝置，但價(jià)格昂貴，所以采用高壓軟起動(dòng)器裝置對(duì)水電阻起動(dòng)進(jìn)行改造。

2 水電阻起動(dòng)的原理及缺點(diǎn)

煉鐵廠2號(hào)風(fēng)機(jī)房8號(hào)風(fēng)機(jī)起動(dòng)通過電動(dòng)機(jī)的定子繞組串入水電阻起動(dòng)，8號(hào)風(fēng)機(jī)的額定功率為4 750kW，額定電流為525A，圖1是8號(hào)風(fēng)機(jī)串水電阻的一次回路圖，當(dāng)風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)柜閉合，電機(jī)接入水電阻起動(dòng)，水電阻工作是利用三相極板在水電阻箱內(nèi)慢慢下探，通過實(shí)時(shí)控制兩塊極板的距離，調(diào)節(jié)電解液的電導(dǎo)率，從而達(dá)到軟起動(dòng)的要求。通過改變電阻值，使電阻值由最大變至最小時(shí)，即三相極板動(dòng)極板與三相極板靜極板相連時(shí)（40s相連），運(yùn)行柜合閘，甩開水電阻完成整個(gè)起動(dòng)過程，起動(dòng)過程由s7－200來實(shí)現(xiàn)控制。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用情況，水電阻起動(dòng)方式存在較多缺點(diǎn)，以下幾點(diǎn)是在運(yùn)用過程中遇到的具體情況。

（1）水電阻（液態(tài)）軟起裝置設(shè)計(jì)方法不科學(xué)，不同功率及同功率不同負(fù)載（轉(zhuǎn)動(dòng)裝置）軟起裝置需要重新設(shè)計(jì)，沒有統(tǒng)一系統(tǒng)的方法。

（2）水電阻（液態(tài)）軟起裝置在使用過程中，揮發(fā)的鹽霧會(huì)對(duì)其它電氣設(shè)備造成腐蝕。梅雨季節(jié)或潮濕氣候，裝置往往達(dá)不到6MΩ絕緣值而無法起動(dòng)機(jī)組，要在水電阻箱處加裝烤燈烘烤去除濕氣，這種做法如果不得當(dāng)或時(shí)間長(zhǎng)會(huì)烤壞水電阻箱絕緣層而引發(fā)系統(tǒng)接地事故。裝置對(duì)使用環(huán)境要求高，軟起重復(fù)性差。

圖1 水電阻裝置一次回路

（3）需要經(jīng)常添加水或電解液，濃度不易控制，起動(dòng)重復(fù)性能較差，維護(hù)工作量大，環(huán)境適應(yīng)性差。

（4）體積龐大，增加基建投資費(fèi)用，裝置壽命周期費(fèi)用高。軟起裝置的正常應(yīng)用依賴于現(xiàn)場(chǎng)的使用人員的技術(shù)水平和責(zé)任感。

（5）起動(dòng)時(shí)有大量能耗，發(fā)熱嚴(yán)重，通常只適用于兩次起動(dòng)的場(chǎng)合。當(dāng)連續(xù)起動(dòng)過兩次后，水溫基本達(dá)到60℃，不允許再次起動(dòng)（夏天環(huán)境溫度高時(shí)一般只允許起動(dòng)一次）。

（6）水電阻軟起動(dòng)裝置，通過液阻本身在軟起過程中的溫升。借助電解液的電導(dǎo)率與溫度的正相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。其可行性更是大受質(zhì)疑。在起動(dòng)過程中不具備過流、過載等保護(hù)，需要另設(shè)保護(hù)裝置對(duì)機(jī)組進(jìn)行保護(hù)。

（7）起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流大，有大量能耗，節(jié)能效果差，并且大的起動(dòng)電流對(duì)機(jī)組造成較大沖擊，易損壞機(jī)組。

3 高壓軟起動(dòng)改造內(nèi)容

根據(jù)韶鋼的現(xiàn)實(shí)要求，把8號(hào)風(fēng)機(jī)水電阻起動(dòng)改為高壓軟起動(dòng)器起動(dòng)是較為理想的，目前韶鋼采用長(zhǎng)沙奧托自動(dòng)化技術(shù)有限公司QB－H06／6300高壓軟起動(dòng)裝置。圖2是QB－H06／6300高壓軟起動(dòng)裝置一次回路圖，該起動(dòng)裝置的額定電壓為6kV，額定功率為6 300kW，軟起動(dòng)柜部分包括可控硅組件、高壓真空斷路器、過壓保護(hù)器、電壓互感器、電流互感器、電流變換器以及電子控制系統(tǒng)。改造的內(nèi)容是把原有的運(yùn)行柜去除，將運(yùn)行柜回路做為軟起裝置的旁路柜回路。軟起控制方式采用斜坡電壓控制，電機(jī)在起動(dòng)過程中，按照給定的初始電壓V0（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定3 000V）和軟起時(shí)間T（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定68s），軟起動(dòng)裝置以步 距為（Vt－V0）×μ／T的值控制電機(jī)電壓隨時(shí)間線性上升，直至達(dá)速而后全電壓。μ為輸出電 壓與可控硅導(dǎo)通角的換算系數(shù)，Vt為電機(jī)達(dá)速時(shí)的電壓。

圖2 高壓軟起動(dòng)裝置一次回路

4 QB－H軟起動(dòng)裝置的工作原理

如圖3所示，高壓電機(jī)的供電回路經(jīng)由幾個(gè)串、并聯(lián)的可控硅構(gòu)成，這樣就可以達(dá)到一定的耐壓值。在高壓開關(guān)柜2QF接通送電的情況下，當(dāng)系統(tǒng)收到電機(jī)起動(dòng)信號(hào)時(shí)，由控制器按照控制曲線給出不同的可控硅導(dǎo)通角，就可以使電機(jī)按一定的斜率逐漸增加電壓，平穩(wěn)起動(dòng)，直到電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之后，加上全電壓，使旁路真空接觸器1KM（或真空斷路器）接通，然后關(guān)閉可控硅觸發(fā)信號(hào)，電機(jī)起動(dòng)完畢。之后，軟起動(dòng)裝置繼續(xù)監(jiān)視電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并提供多種故障保護(hù)。

一對(duì)反并聯(lián)可控硅構(gòu)成一個(gè)組件，每相由多組可控硅組件串聯(lián)，空氣自然冷卻。可控硅保護(hù)采取常規(guī)的措施，如均壓、阻尼保護(hù)?？刂苹芈放c觸發(fā)系統(tǒng)間采用先進(jìn)的光纖技術(shù)，觸發(fā)及可控硅短路的檢測(cè)信號(hào)由光纖傳送，實(shí)現(xiàn)了高壓隔離，同時(shí)也阻斷了對(duì)控制回路的干擾，保證了串聯(lián)元件觸發(fā)脈沖的同步性和一致性。系統(tǒng)設(shè)有組件狀態(tài)監(jiān)視，當(dāng)其中任一組件損壞，控制器都能顯示報(bào)警，并快速封鎖脈沖，實(shí)現(xiàn)即時(shí)保護(hù)。

圖3 主回路原理

5 1QB－H軟起動(dòng)裝置的特點(diǎn)

QB－H軟起動(dòng)裝置，在高壓主回路與控制系統(tǒng)間采用了國(guó)際先進(jìn)的光纖技術(shù)，控制器還采用了基于DSP控制和單片機(jī)管理的雙CPU系統(tǒng)，如圖4所示。DSP為16位數(shù)字信號(hào)處理器，指令流水線操作，響應(yīng)速度快，執(zhí)行核心控制。單片機(jī)對(duì)參數(shù)設(shè)定，文字顯示和數(shù)據(jù)通信實(shí)行管理，協(xié)調(diào)統(tǒng)一，高效可靠。薄膜面板，中文顯示屏，直觀良好的人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)單。通過RS－485或Profibus標(biāo)準(zhǔn)接口，與上位機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遙控、遙測(cè)或多級(jí)聯(lián)動(dòng)（圖4）。

圖4 系統(tǒng)控制方框圖

5.1 系統(tǒng)的顯著功能特點(diǎn)

（1）起動(dòng)方式靈活?，F(xiàn)場(chǎng)按鈕起動(dòng)，鍵盤按鍵起動(dòng)，上位機(jī)遙控動(dòng)，組合起動(dòng)。

（2）控制方式多樣。根據(jù)電機(jī)負(fù)載的不同，軟起動(dòng)裝置可設(shè)定不同的控制方式。

（3）斜坡電壓控制。給予一定的初始輸出電壓和軟起時(shí)間，電機(jī)在起動(dòng)過程中，電壓隨時(shí)間線性上升，直至電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。初始電壓為全電壓的20%～80%，大小可隨負(fù)載性質(zhì)而調(diào)整，重負(fù)載初始電壓高一些。斜坡電壓控制方式簡(jiǎn)單，不同負(fù)載可以有不同的斜坡，可靈活運(yùn)用，如圖5（a）。

（4）限流控制。給予一定的限流系數(shù)，電機(jī)在起動(dòng)過程中，按限流控制方式輸出電壓，電流大小限制在電機(jī)額定電流的100%～400%，如圖5（b）。

（5）恒壓控制。給予一定的輸出電壓，電機(jī)在起動(dòng)過程中，按恒壓控制方式輸出電壓，電機(jī)在該電壓下起動(dòng)。起動(dòng)時(shí)間為0～120s。

圖5 軟起動(dòng)器控制方式

（6）軟?？刂啤＼浧饎?dòng)裝置軟停車的實(shí)現(xiàn)，在電機(jī)進(jìn)入運(yùn)行后，旁路接觸器1KM合閘，晶閘管在電源過零 點(diǎn)后自行關(guān)斷（控制及觸發(fā)電路不再發(fā)觸發(fā)信號(hào)）。當(dāng)接收到“軟?！敝噶詈?，控制及觸發(fā)電 路將晶閘管再次全開通，然后旁路接觸器1KM分閘，控制及觸發(fā)電路開始將晶閘管的導(dǎo)通角 由全導(dǎo)通逐漸減小，使電機(jī)三相電壓從額定值逐漸降低，直至晶閘管關(guān)斷，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也逐漸變小直至停車（軟停車的時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要可在0～60s調(diào)整）。

5.2 軟起動(dòng)裝置保護(hù)功能

（1）缺相、欠壓保護(hù)。為防止電源缺相或欠壓而導(dǎo)致大電流燒壞電機(jī)繞組，出現(xiàn)缺相故障時(shí)，則封鎖脈沖，并跳閘，報(bào)警。

（2）電源過壓保護(hù)。如果電網(wǎng)電壓高于設(shè)定的電壓上限值，軟起動(dòng)立即跳閘，報(bào)警。

（3）過流、速斷保護(hù)。在軟起或運(yùn)行過程中，如果電機(jī)繞組匝間短路，相繞組間短路，或電纜損壞，將出現(xiàn)大的 短路電流，此種情況下將快速封鎖脈沖，跳閘，報(bào)警。

（4）晶閘管組件保護(hù)。如果任一可控硅短路或高壓脈沖觸發(fā)器件故障，以及光纖連接脫落，則立即封鎖脈沖，并跳閘、報(bào)警。

6 效果分析

水電阻軟起裝置和高壓軟起動(dòng)裝置相比，高壓軟起動(dòng)裝置具有較多的優(yōu)點(diǎn)，高壓軟起動(dòng)器采用高壓、大功率晶閘管器件作為主回路部件，具有技術(shù)先進(jìn)、工作可靠、結(jié)構(gòu)模塊化、便于維護(hù)?？蓪?shí)現(xiàn)頻繁起停操作，允許再次起動(dòng)的時(shí)間間隔為15s，且無拉弧現(xiàn)象，延長(zhǎng)裝置使用壽命。采用真空開關(guān)，具有很強(qiáng)的分?jǐn)嗄芰?、使用壽命長(zhǎng)、電弧不外露、安全可靠。具有先進(jìn)的控制方式：通過可控硅串、并聯(lián)組合，DSP和光纖傳輸技術(shù)，方便地實(shí)現(xiàn)恒流控制、恒壓控制和斜坡電壓控制。經(jīng)過高壓軟起動(dòng)器改造，可以完全解決現(xiàn)在水電阻起動(dòng)的缺陷，表1是兩者的性能對(duì)比。

表1 高壓軟起動(dòng)和水電阻軟起動(dòng)對(duì)比

（1）利用高壓軟起動(dòng)器起動(dòng)機(jī)組，按8號(hào)風(fēng)機(jī)電機(jī)額定功率為4 750kW，額定電流525A，高壓軟起動(dòng)器起動(dòng)電流為3倍，水電阻起動(dòng)電流為4.5倍，兩者之間相比，高壓軟起動(dòng)器起動(dòng)電流比水電阻起動(dòng)的起動(dòng)電流小1.5倍，所以啟動(dòng)過程中高壓軟起動(dòng)器起到節(jié)能效果。因?yàn)楦邏很浧饎?dòng)器起動(dòng)時(shí)電流小于水電組，所以起動(dòng)時(shí)對(duì)機(jī)組的沖擊較小，機(jī)組在起動(dòng)過程中發(fā)熱也較小，所以繞組的絕緣材料損壞也較小，從而延長(zhǎng)電機(jī)的壽命。

（2）改成高壓軟起動(dòng)器后，杜絕因?yàn)殛幱晏鞂?dǎo)致受潮，造成機(jī)組絕緣值偏低使機(jī)組無法啟動(dòng)的現(xiàn)象。

（3）高壓軟起動(dòng)器保護(hù)功能齊全，包括缺相、欠壓保護(hù)；電源過壓保護(hù)；過流、速斷保護(hù)；晶閘管組件保護(hù)。而水電阻本身不具備保護(hù)功能。

（4）控制方式靈活多樣，包括斜坡電壓控制；限流控制；恒壓控制；軟?？刂?。而水電阻只有單一的控制方式。

（5）高壓軟起動(dòng)器因其價(jià)格便宜，可靠性高、也在廣泛應(yīng)用當(dāng)中，高爐共有11臺(tái)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，8號(hào)風(fēng)機(jī)對(duì)高壓軟起動(dòng)裝置的改造是十分成功的，這也對(duì)高爐其余10臺(tái)風(fēng)機(jī)的改造提供了很好的借鑒作用。同時(shí)也為該公司其他單位大型機(jī)組改造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

（6）經(jīng)過改造，節(jié)約了大量人力、物力。每年可節(jié)約大量的維修費(fèi)用，且維護(hù)方便。

7 結(jié)語

通過對(duì)煉鐵廠2號(hào)風(fēng)機(jī)房8號(hào)風(fēng)機(jī)的改造，取得了非常好的效果，據(jù)了解公司其它單位大型機(jī)組的起動(dòng)基本使用水電阻進(jìn)行起動(dòng)，跟高壓軟起動(dòng)器起動(dòng)比較，起動(dòng)效果差，維護(hù)工作量大，備件費(fèi)用昂貴，已嚴(yán)重制約了現(xiàn)在快節(jié)奏生產(chǎn)的需求，8號(hào)風(fēng)機(jī)的改造的成功，為煉鐵廠其余的10臺(tái)風(fēng)機(jī)的改造提供很好的借鑒，也為其它單位的改造提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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