【摘 要】具有智能性的軟啟動(dòng)器對(duì)傳統(tǒng)的電機(jī)啟動(dòng)方式形成了極大沖擊，目前，在水力發(fā)電站中軟啟動(dòng)器的應(yīng)用就十分普遍。但由于種種原因，軟啟動(dòng)器運(yùn)行過(guò)程中也容易發(fā)生故障。本文結(jié)合軟啟動(dòng)器在水力發(fā)電站中的使用情況，對(duì)軟啟動(dòng)器的運(yùn)行故障原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的對(duì)策建議，以確保軟啟動(dòng)器的使用功能，保證水電站的正常運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】軟啟動(dòng)器；運(yùn)行故障；原因分析；抗冷凝加熱器；智能溫濕度控制器

水電站傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)控制裝置采用的是接觸器、磁力啟動(dòng)器直接啟停方式，缺點(diǎn)是控制方式簡(jiǎn)單、不靈活，對(duì)系統(tǒng)沖擊較大且控制元件易損壞，維護(hù)工作量大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自80年代初，帶有智能功能的軟啟動(dòng)器得到了推廣使用，并對(duì)傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式形成極大沖擊。它以控制方式靈活簡(jiǎn)便，對(duì)系統(tǒng)沖擊小且控制元件不易損壞以及維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)正逐步取代傳統(tǒng)的控制裝置。

電機(jī)軟啟動(dòng)器相對(duì)傳統(tǒng)電機(jī)控制系統(tǒng)而言，盡管優(yōu)點(diǎn)十分明顯，但也存在某些缺陷：由于水電站輔助設(shè)備一般安裝在相對(duì)潮濕的水輪機(jī)層或蝸殼層，所處環(huán)境濕度較大、環(huán)境溫度較高、通風(fēng)條件較差，因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于軟啟動(dòng)器外殼密封不好引起其內(nèi)部控制電路板出現(xiàn)凝露或電站運(yùn)行維護(hù)人員操作不當(dāng)，從而引起軟啟動(dòng)裝置故障或損壞的情況時(shí)有發(fā)生。本文將針對(duì)軟啟動(dòng)器的運(yùn)行環(huán)境，詳細(xì)分析軟啟動(dòng)器運(yùn)行故障原因，并對(duì)針對(duì)故障w問(wèn)題提出相應(yīng)的對(duì)策建議。

1、軟啟動(dòng)器硬件結(jié)構(gòu)

電機(jī)軟啟動(dòng)器主要由電流檢測(cè)回路、電壓檢測(cè)回路、微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、觸發(fā)回路、可控硅（SCR）、內(nèi)置接觸器（KM）、顯示器和操作鍵盤等部分組成，并組裝在一個(gè)殼體內(nèi)。

2、軟啟動(dòng)的主要起動(dòng)方式

軟起動(dòng)器的起動(dòng)方式是指用什么方法使電動(dòng)機(jī)由靜止態(tài)到穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)態(tài)。例如限電流起動(dòng)， 電壓斜坡起動(dòng)， 電流帶沖擊的（“踢一腳”）起動(dòng)（這個(gè)沖擊有助于克服靜阻矩），以及這些方式的交替或組合起動(dòng)方式等。

（l）電壓雙斜坡起動(dòng)： 如圖1所示，在起動(dòng)過(guò)程中， 電機(jī)的輸出力矩隨電壓增加， 在起動(dòng)時(shí)提供一個(gè)初始的起動(dòng)電壓Us，Us根據(jù)負(fù)載可調(diào)，將Us調(diào)到大于負(fù)載靜摩擦力矩，使負(fù)載能立即開始轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)輸出電壓從Us開始按一定的斜率上升（斜率可調(diào)），電機(jī)不斷加速。當(dāng)輸出電壓達(dá)到達(dá)速電壓Ur時(shí)，電機(jī)也基本達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。軟起動(dòng)器在起動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)檢測(cè)電壓，當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，使輸出電壓達(dá)到額定電壓。

圖1 啟動(dòng)輸出特性

（2）限流起動(dòng)：就是電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中限制其起動(dòng)電流不超過(guò)某一設(shè)定值（Im）的軟起動(dòng)方式。其輸出電壓從零開始迅速增長(zhǎng)，直到輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im，然后保持輸出電流I

（3）突跳起動(dòng)：這一起動(dòng)開始階段，讓晶閘管在極短的時(shí)間內(nèi)全導(dǎo)通后回落，再按原設(shè)定的值線性上升，進(jìn)人恒流起動(dòng)，該起動(dòng)方法適用于重載并需克服摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合。如采用此方式，還可以減少啟動(dòng)時(shí)的振動(dòng)。其原理如圖2所示：

圖2 啟動(dòng)輸出特性

3、軟啟動(dòng)器運(yùn)行故障原因分析

經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行水電站輔助設(shè)備控制柜（箱）設(shè)計(jì)時(shí)，無(wú)論選用國(guó)產(chǎn)的還是進(jìn)口的電機(jī)軟啟動(dòng)裝置產(chǎn)品，都曾出現(xiàn)過(guò)軟啟動(dòng)裝置故障和燒壞的情況，從而嚴(yán)重影響了水電站的安全運(yùn)行。部分原因是裝置本身的質(zhì)量問(wèn)題，但大多數(shù)情況是由于輔助設(shè)備控制柜（箱）設(shè)計(jì)時(shí)存在的缺陷和電站運(yùn)行維護(hù)人員操作不當(dāng)造成的。

由于水電站輔助設(shè)備一般安裝在相對(duì)潮濕的水輪機(jī)層或蝸殼層，所處環(huán)境濕度較大、通風(fēng)條件相對(duì)較差，特別是當(dāng)水電站在枯水期時(shí)不發(fā)電，某些電站輔助設(shè)備也處于停止運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)一旦通電，由于柜內(nèi)潮濕，往往會(huì)發(fā)生短路現(xiàn)象，從而將軟啟動(dòng)裝置燒壞。

雖然設(shè)計(jì)人員在輔助設(shè)備控制柜（箱）設(shè)計(jì)時(shí)，在控制柜（箱）內(nèi)配置了抗冷凝加熱器，但大多設(shè)計(jì)成手動(dòng)投入運(yùn)行方式，不能滿足潮濕環(huán)境下水電站自動(dòng)化的要求。

由于軟啟動(dòng)裝置內(nèi)部電路板在潮濕環(huán)境下容易產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，而輔助設(shè)備控制柜（箱）內(nèi)的抗冷凝加熱器設(shè)計(jì)時(shí)一般采用手動(dòng)操作運(yùn)行，此時(shí)如果電站運(yùn)行人員未按操作規(guī)程完成對(duì)輔助設(shè)備控制柜（箱）進(jìn)行預(yù)加熱，而貿(mào)然進(jìn)行電站機(jī)組開機(jī)，往往會(huì)引起軟啟動(dòng)裝置燒壞。

4、技術(shù)措施

通過(guò)對(duì)已運(yùn)行電站的調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)軟啟動(dòng)裝置的故障往往是其內(nèi)部控制電路板出現(xiàn)凝露造成的。因此，為保證水電站輔助設(shè)備控制系統(tǒng)能安全可靠地運(yùn)行，在工程設(shè)計(jì)時(shí)除了選用技術(shù)性能指標(biāo)高的軟啟動(dòng)產(chǎn)品外，還可以采取一些輔助設(shè)計(jì)措施來(lái)保證軟啟動(dòng)裝置運(yùn)行的可靠性，主要措施如下。

在輔助設(shè)備控制柜（箱）中加裝智能溫濕度控制器，通過(guò)控制器附帶的傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)柜（箱）體內(nèi)的溫度和濕度變化，當(dāng)使用環(huán)境（溫度、濕度）不適合軟啟動(dòng)裝置正常運(yùn)行時(shí)，控制器輸出控制信號(hào)，控制抗冷凝加熱器和風(fēng)機(jī)開始工作。

在輔助設(shè)備控制柜（箱）內(nèi)加裝抗冷凝加熱器；在輔助設(shè)備控制柜（箱）殼體上加裝通風(fēng)過(guò)濾網(wǎng)組；實(shí)際應(yīng)用表明，通過(guò)采取上述措施，可基本消除引起軟啟動(dòng)裝置故障或燒壞的外部因素。

5、對(duì)策建議

水電站輔助設(shè)備控制系統(tǒng)涉及的內(nèi)容很多，如高壓空壓機(jī)、低壓空壓機(jī)、冷卻水泵、滲漏排水泵、檢修排水泵、污水泵、調(diào)速器油泵、漏油泵等設(shè)備的控制（大多采用低壓400V設(shè)備），上述設(shè)備的控制，除主回路一般都選用軟啟動(dòng)裝置外，其輔助控制回路由于各設(shè)備用途不同，工作原理也不同，存在較大的差異。限于篇幅，本文不對(duì)各相關(guān)設(shè)備的輔助回路的控制原理作介紹。

雖然水電站輔助設(shè)備控制系統(tǒng)工作原理不盡相同，但它們大多采用軟啟動(dòng)裝置進(jìn)行電機(jī)啟動(dòng)，且實(shí)際使用過(guò)程中都存在由于控制柜（箱）的設(shè)計(jì)缺陷而導(dǎo)致軟啟動(dòng)裝置故障和燒壞的情況發(fā)生，嚴(yán)重威脅了水電站的安全運(yùn)行。

在水電站輔助設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，除了選用技術(shù)性能指標(biāo)高的軟啟動(dòng)產(chǎn)品外，通過(guò)在輔助設(shè)備控制柜（箱）中加裝智能溫濕度控制器、抗冷凝加熱器、通風(fēng)過(guò)濾網(wǎng)組等器件，可大大降低發(fā)生“啟動(dòng)裝置故障和燒壞”的概率。

5.1 智能溫濕度控制器選型

智能溫濕度控制器在設(shè)計(jì)選型時(shí)，應(yīng)選用能適合高溫、高濕和復(fù)雜環(huán)境下工作的產(chǎn)品，并能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的溫度和濕度情況，優(yōu)化決定啟動(dòng)抗冷凝加熱器還是啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。同時(shí)所選產(chǎn)品應(yīng)具有故障檢測(cè)（帶遠(yuǎn)傳）、聲光報(bào)警功能，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能有效調(diào)節(jié)溫濕度時(shí)，提醒客戶（或電站計(jì)算機(jī)中心）及時(shí)排除故障。

5.2 抗冷凝加熱器選型

輔助設(shè)備控制柜（箱）內(nèi)抗冷凝加熱器的設(shè)計(jì)選型應(yīng)考慮在交流220V運(yùn)行時(shí)，加熱器的設(shè)計(jì)須提供足夠的熱量。關(guān)于加熱器的額定值選擇，設(shè)計(jì)時(shí)一般按照柜體暴露表面積20W/m2配置。所選的加熱器須實(shí)現(xiàn)機(jī)械保護(hù)，并且其帶電部分應(yīng)進(jìn)行遮蓋?？刂乒瘢ㄏ洌┰O(shè)計(jì)完成，進(jìn)行出廠實(shí)驗(yàn)時(shí)，加熱器外罩的任何部分的表面溫度不能超過(guò)70℃，另外加熱器應(yīng)配備展開的鋁殼以防止外接觸。

5.3 通風(fēng)過(guò)濾網(wǎng)組選型

為了降低控制柜（箱）內(nèi)溫度、并將柜內(nèi)濕氣及時(shí)排出，設(shè)計(jì)時(shí)一般在柜體門上或柜頂配置通風(fēng)口或加裝風(fēng)機(jī)。通風(fēng)口一般選用銅制細(xì)網(wǎng)或其他合適的濾網(wǎng)（滿足防護(hù)等級(jí)IP44），以防止昆蟲、或其它害蟲進(jìn)入柜體內(nèi)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，一般優(yōu)先選用將風(fēng)機(jī)和濾網(wǎng)組合在一起的“通風(fēng)過(guò)濾網(wǎng)組”。

設(shè)計(jì)時(shí)，一般根據(jù)控制柜（箱）的外形尺寸大小，結(jié)合生產(chǎn)廠家提供的通風(fēng)過(guò)濾網(wǎng)組的規(guī)格來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品選型。

6、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，由于水電站的特殊環(huán)境，高溫、潮濕環(huán)境是軟啟動(dòng)器運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障或燒壞的主要外在原因。因此，在解決軟啟動(dòng)器運(yùn)行故障時(shí)，重點(diǎn)是如何克服這些不利因素。實(shí)踐表明，本文所采取的技術(shù)對(duì)策效果十分明顯，軟啟動(dòng)器運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障或燒壞的次數(shù)明顯減少，因此，值得供相關(guān)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)參考借鑒。

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