梁晨明 張子平 魏建明

引言：介紹了高壓熱變電阻軟啟動裝置的工作原理、啟動特性及應(yīng)用。該產(chǎn)品主要用于大型電動機(jī)的降壓啟動，它具有啟動電流小、母線壓降低、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)；與高壓變頻軟啟動相比，它具有性價比高、高次諧波少等優(yōu)點(diǎn)。該產(chǎn)品在我公司3600KW焦化風(fēng)機(jī)上得到成功應(yīng)用。

一、概述

隨著冶金、石油化工等許多行業(yè)生產(chǎn)能力越來越大，其單機(jī)容量的不斷增加，其生產(chǎn)設(shè)備的驅(qū)動電機(jī)也越來越大，而普通籠型異步電動機(jī)在空載全壓直接起動時，起動電流會達(dá)到額定電流的5～7倍，當(dāng)電動機(jī)容量相對較大時，該起動電流將引起電網(wǎng)電壓急劇下降，同時對電機(jī)本身產(chǎn)生很大的沖擊，這樣大型電動機(jī)的軟啟動問題就作為一個重要的課題被提出，各種各樣的軟啟動技術(shù)應(yīng)時而生。高壓熱變電阻降壓軟啟動技術(shù)是其中最重要的也是最成功的技術(shù)之一，已逐步為市場所接受?，F(xiàn)著重對該技術(shù)的技術(shù)現(xiàn)狀及展望作個簡單的介紹。

二、熱變電阻原理

談到熱變電阻器，人們很容易聯(lián)想到溫度敏感電阻器等，其實(shí)，金屬電阻材料的電阻特性一般呈現(xiàn)正溫度系數(shù)變化。半導(dǎo)體材料的溫度特性是負(fù)溫度特性。

電解質(zhì)在水中的電離是比較復(fù)雜的，離子存在也是多種多樣的，有單個陰、陽離子存在，也有多個陰、陽離子與水分子等吸附在一起形成的離子團(tuán)。離子團(tuán)的存在是影響電解液導(dǎo)電的一個重要因素，它使很多單體離子失去獨(dú)立的載流作用。離子團(tuán)的存在受溫度的影響，當(dāng)溫度逐步升高時，離子團(tuán)破壞，釋放出單體自用離子和離子團(tuán)，導(dǎo)電能力增強(qiáng)強(qiáng)，呈現(xiàn)明顯的負(fù)溫度特性。

通過研究這種電解液體有以下明顯的特點(diǎn)，可以利用：

1、導(dǎo)電為液體材料，可以流動，可以自循環(huán)，可以根據(jù)需要制成各種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形狀，可大可小；

2、水溶液比熱率大，因而可以根據(jù)需要制成各種大容量電阻器；

3、具有明顯的負(fù)溫度電阻特性；

4、物理-化學(xué)性能穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)，耐久性好，性能穩(wěn)定；

5、成本低廉，不消耗貴重金屬，屬綠色環(huán)保產(chǎn)品，無三廢排放；

因?yàn)榫哂幸陨巷@著特點(diǎn)，使得電解液體具有廣泛的應(yīng)用，利用高壓熱變電阻制成的高壓大型電動機(jī)降壓啟動器就是其中重要應(yīng)用之一。

三、高壓熱變電阻軟啟動裝置

高壓熱變電阻啟動器是利用上述理論解決大型高壓電動機(jī)的軟啟動問題而開發(fā)的新產(chǎn)品—高壓大容量熱變電阻。它由開關(guān)柜殼體、液箱、熱變電解液、電極及導(dǎo)流機(jī)構(gòu)等組成。

在電動機(jī)啟動時，將該電阻器串入電動機(jī)的三相定子回路中，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)降壓啟動，當(dāng)電動機(jī)啟動時，電動機(jī)的定子電流流過熱變電阻器從而使電阻體發(fā)熱，溫度逐步升高，電阻逐步下降，在電動機(jī)啟動電流基本恒定的情況下，電動端電壓逐步升高，從而使電動機(jī)轉(zhuǎn)矩逐步增大，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的平滑啟動。

熱變電阻的導(dǎo)流機(jī)構(gòu)的另一個作用就是快速將高溫導(dǎo)電液體導(dǎo)出，使有效電阻區(qū)域內(nèi)的液體快速降到常溫，以便下一次啟動。

采用高壓熱變電阻器實(shí)現(xiàn)降壓啟動的電動機(jī)有以下的新著的啟動特性：

1、恒電流軟啟動特性 在電動機(jī)啟動過程中，電流基本保持不變，數(shù)值可以保持在2.5Ie以下，且具有顯著的軟啟動特性；

2、啟動過程系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定 一般采用熱變電阻降壓啟動的電動機(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上，且整個啟動過程接近恒定不變；

3、母線壓降小 由有上述1、2特性，使得電動機(jī)在啟動時對電力系統(tǒng)的影響降到最低，母線電壓降在5%左右；

4、電動機(jī)啟動平穩(wěn)無沖擊 電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩由小到大逐步增高，因而使機(jī)械設(shè)備啟動平穩(wěn)，無沖擊、無嘯叫聲，且機(jī)械能平穩(wěn)超越諧振轉(zhuǎn)速，使機(jī)械設(shè)備免受損害；

四、應(yīng)用情況介紹

我們山東京博石油化工有限公司于2007年100萬噸/年焦化裝置新上6KV 3600KW引風(fēng)機(jī)1臺，主電動機(jī)啟動設(shè)備選用了HTR1-Y型高壓熱變電阻軟啟動裝置，引風(fēng)機(jī)電動機(jī)主要參數(shù)如下：P=3600KW， U=6KV，I=410A。

這臺風(fēng)機(jī)的電動機(jī)是我公司目前最大的一臺電動機(jī)。大功率的電動機(jī)的啟動電流很大，啟動瞬間對電網(wǎng)的沖擊更大，對電網(wǎng)和機(jī)械的沖擊所帶來的危害很大，這是我們最為關(guān)心的問題。我們公司6KV主配電室的進(jìn)線電纜有600多米長，已經(jīng)運(yùn)行5年多，是瓶頸式的薄弱環(huán)節(jié)。同時線路也是其他主要裝置的供電線路，根據(jù)線路供電參數(shù)，經(jīng)過理論計算后，若采用傳統(tǒng)的啟動設(shè)備，線路承受不了如此大的啟動電流，600米長的電纜線將成為事故的高發(fā)段。同時勢必影響同一供電線路的其他在線設(shè)備的安全運(yùn)行。如果更換電纜，將投資75萬元，而且施工難度較大。我們選用了一臺容量為4000KW的熱變電阻軟啟動裝置，作為這臺大電動機(jī)的啟動設(shè)備。

該啟動設(shè)備經(jīng)過多次試車啟動及實(shí)際運(yùn)行啟動，無論是啟動電流還是線路壓降，均達(dá)到了設(shè)計要求。

這臺設(shè)備從安裝調(diào)試和近一年的使用情況來看，主要有以下特點(diǎn)：

1、啟動電流小，測的實(shí)際啟動電流在1000左右，說明在啟動過程中具有一定的節(jié)能效果，并改善啟動特性。

2、電網(wǎng)壓降小，電壓控制在5%左右，可見啟動時對電的沖擊在理想的范圍以內(nèi)；

3、啟動平穩(wěn)，啟動電流平滑，沖擊相當(dāng)小。

4、一次性投資少；

5、無需維修，由于啟動裝置的熱容量大，對啟動設(shè)備無損傷，所以安全可靠，基本無需維修。

五、社會效益

高壓熱變電阻的研制成功，尤其是超大容量產(chǎn)品的成功研制和產(chǎn)業(yè)化的實(shí)施，為我國大型電動機(jī)的啟動提供了一種經(jīng)濟(jì)可靠的啟動方式選擇方案。

（一）節(jié)約一次性投資和維護(hù)成本

1、高壓熱變電阻器本身造價低，控制系統(tǒng)簡單，總體直接投資在高壓大型電動機(jī)各啟動方案中是較經(jīng)濟(jì)的一種方式，相比進(jìn)口的變頻器更顯價格優(yōu)勢，只是同能進(jìn)口設(shè)備的1/8-1/5。

2、節(jié)約長期技術(shù)性投資 該方理論成熟，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、基本免維護(hù)，一般的技術(shù)工人通過培訓(xùn)后就可以滿足使用和維護(hù)的需要

（二）節(jié)能

1、如前所述，采用該啟動方案可以大大降低電動機(jī)啟動對電力系統(tǒng)的要求，降低電力變壓器運(yùn)行損耗，節(jié)約運(yùn)行成本。

2、由于傳統(tǒng)的電動機(jī)啟動方案存在許多技術(shù)問題，比如在啟動時，容易燒電機(jī)、易造成電網(wǎng)壓降大，影響系統(tǒng)負(fù)荷的運(yùn)行，或者諧波嚴(yán)重等，采用了熱變電阻降壓啟動后。

針對上述的要求，為解決年內(nèi)啟動2-3次，高壓熱變電阻啟動器投資少、使用簡單、穩(wěn)定性好，占較大的優(yōu)勢，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]熱變電阻器〔余龍海〕北京大力浩然工業(yè)控制技術(shù)有限公司.

[2]熱變電阻在鼠籠電動機(jī)中的應(yīng)用〔肖寶林〕 湖南湘潭鋼鐵集團(tuán)公司.

（作者單位：山東省博興縣京博石化東區(qū)項(xiàng)目部）