胡建文，蘇 廷

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津300452)

采油平臺6.3,kV電機(jī)增加直啟和軟停功能的研究

胡建文，蘇 廷

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津300452)

LD10-1CEP采油平臺中4臺6.3,kV注水泵采用Allen-Bradley公司的軟啟動器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動。由于油礦生產(chǎn)的特殊性，需要軟啟動器在故障的情況下也要具備啟機(jī)條件，即直接啟動，同時需要有效使用軟啟動器的軟停功能。因此，對中壓6.3,kV電機(jī)增加直啟和軟停功能進(jìn)行了研究，從而保證特殊生產(chǎn)工藝條件下，各配電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，減少了電機(jī)的機(jī)械損傷，降低了對電網(wǎng)的沖擊。

直接啟動 軟啟動 軟停

0 引 言

目前，大型電機(jī)的電力拖動普遍采用軟啟動，以減少電機(jī)啟動瞬間的大電流、高負(fù)荷給電網(wǎng)帶來的擾動，滿足電網(wǎng)質(zhì)量越來越高的要求。LD10-1CEP平臺注水泵的電機(jī)的額定功率為 1,250,kW，額定電流為 139.2,A。選用的軟啟動器為 A llen-Bradley公司SMC-Flex系列，設(shè)計功能為遠(yuǎn)程軟啟、遠(yuǎn)程直接啟動，本地軟啟、本地直啟。目前的直接啟動方式為注水泵的真空斷路器 VCB和軟啟動的旁路真空接觸器 VCS同時吸合，而接觸器不具備故障電流的分?jǐn)嗄芰Γ瑴缁∧芰σ膊皇呛軓?qiáng)，因此該方式不具備直啟功能。目前的停機(jī)方式為真空斷路器VCB和旁路接觸器VCS同時斷開，不能達(dá)到保護(hù)電機(jī)的功能。現(xiàn)場實(shí)際操作中，發(fā)現(xiàn)軟啟動器在使用過程中只有遠(yuǎn)程/本地軟啟動功能，不具備遠(yuǎn)程/本地直啟功能，也沒有遠(yuǎn)程/本地軟停功能。因此，需要對電機(jī)的二次控制回路進(jìn)行改造。

1 軟啟動器的工作原理

采用的是晶閘管交流調(diào)速電路，降低加在定子兩端的電壓，從而減小啟動電流。然后逐漸升高電壓值，使電機(jī)平穩(wěn)啟動。運(yùn)用晶閘管交流調(diào)壓技術(shù)的軟啟動器實(shí)際上是 1個晶閘管交流調(diào)壓器。晶閘管調(diào)壓單相等效電路如圖1、2所示，其中ZL為電機(jī)一相等效阻抗，Ui為電網(wǎng)相電壓，UL為晶閘管輸出電壓。設(shè)Ui=2U sinw t。

圖1 晶閘管單相調(diào)壓電路Fig.1 The circuit of the single-phase voltage regulation of thyristor

圖2 晶閘管輸出電壓波形Fig.2 The waveform of the output voltage of thyristor

圖 1為一路晶閘管輸出波形示意圖。晶閘管控制角θ和功率因數(shù)角?決定了晶閘管的輸出電壓值。晶閘管正負(fù)半周的觸發(fā)是對稱的，晶閘管的輸出電壓有效值為 U?？捎墒?1)計算：

可見，UL是晶閘管控制角θ、功率因數(shù)角?及供電電壓U的函數(shù)。當(dāng)供電電壓不變時，通過改變晶閘管的控制角，可以改變晶閘管的輸出電壓。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，啟動時，S＝1，因此啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩分別為：

由上式可知，在轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定時，動轉(zhuǎn)距與定子兩端電壓平方成正比，啟動電流與定子兩端電壓成正比。同時，在電動機(jī)啟動時，由于定子、轉(zhuǎn)子電流比額定電流大很多，使得漏磁路中的鐵磁部分發(fā)生飽和，X1和X2變小，啟動轉(zhuǎn)矩 T與啟動電流 I變大。因此電機(jī)啟動時，如果將電壓直接加到定子兩端，將產(chǎn)生極大的沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流，對設(shè)備很不利。所以采取降低定子兩端電壓的方法，此時啟動電流按比例減小，啟動轉(zhuǎn)矩按平方減小。軟啟動就是根據(jù)該原理進(jìn)行設(shè)計的(見圖3)。

圖3 軟啟動過程Fig.3 The process of soft start

用軟啟動器起動電機(jī)時：設(shè)置 1個初始電壓，晶閘管調(diào)壓電路的輸出電壓就從這一點(diǎn)開始往上升；設(shè)置1個升壓時間，逐漸增加晶閘管調(diào)壓電路的輸出電壓，電機(jī)逐漸加速；設(shè)置1個限流倍數(shù)，根據(jù)電流互感器測得的實(shí)際電流值，控制晶閘管調(diào)壓電路的輸出壓，使電機(jī)的實(shí)際電流不超過限流值。這樣，達(dá)到了電機(jī)軟啟動的目的。

2 軟啟動控制遠(yuǎn)程/本地直啟的改造

直接啟動也就是在全壓下，最大限度地沖擊啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩，啟動瞬間就達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。直接啟動的改造方案中，改成軟啟動旁路接觸器在空載的情況下先閉合，然后閉合真空斷路器來控制電機(jī)的啟動，讓真空接觸器錯開電機(jī)的啟動電流(見圖4)。

圖4 直接啟動的原設(shè)計圖Fig.4 Original design of the direct start

原設(shè)計中，當(dāng)選擇本地/遠(yuǎn)程(Local/Romote)，SA4(轉(zhuǎn)換開關(guān))選擇直啟。遠(yuǎn)程/本地啟動后，在直接啟動回路中，當(dāng)直啟信號觸發(fā)，直啟控制旁路接觸器 CR和真空斷路器合閘線圈CC幾乎同時得電，真空斷路器和旁路接觸器動作時間都大約為 10,ms，存在時間差。這種方式下直啟會造成旁路接觸器代替真空斷路器的作用，但旁路接觸器的滅弧能力和分?jǐn)喙收想娏鞯哪芰︼@然是有限的。

在不改變現(xiàn)有控制方式的條件下，對二次控制回路做如下修改：取消直啟中的本地啟動和停止按鈕，本地/ 遠(yuǎn)程(Local/Romote)選擇本地，旁路接觸器的線圈 CR閉合，旁路接觸器動作閉合，CLOSE真空斷路器，電機(jī)直啟。取消控制旁路接觸器線圈 CR的輔助觸點(diǎn)，本地/ 遠(yuǎn)程(Local/Romote)選擇遠(yuǎn)程，控制旁路接觸器的線圈 CR閉合，旁路接觸器動作閉合，遠(yuǎn)程 CLOSE真空斷路器，電機(jī)啟動。以上改造達(dá)到了電機(jī)直接啟動的目的，旁路接觸的作用為導(dǎo)線作用，真空斷路器的作用為開關(guān)(見圖5)。

圖5 電機(jī)直接啟動圖Fig.5 Direct start of the motor

3 軟啟動控制遠(yuǎn)程/本地軟停的改造

電動機(jī)的軟停相當(dāng)于負(fù)載力矩大于電機(jī)轉(zhuǎn)矩后，怠速下降到一定程度，軟啟動器動作分?jǐn)嗯月方佑|器，電機(jī)停止。目前的停機(jī)不能實(shí)現(xiàn)軟停的功能，軟啟動器軟停功能的觸發(fā)信號來自兩路，一路來自 K1-1，一路為 CR1-3，共同作用才能達(dá)到軟停的目的。改造前，手動觸發(fā)停止信號 KSTP(本地/遠(yuǎn)程)，只能作用到K-1動作。改造后，在K-1和CR1-3并聯(lián)后串入手動選擇按鈕 HS1，在停機(jī)時，手動選擇 HS1，軟啟動控制器軟停啟動，達(dá)到電機(jī)軟停的效果(見圖6)。

圖6 改造后的軟?？刂茍DFig.6 The transformed control chart of the soft stop

4 結(jié) 論

大型電機(jī)直啟功能的改造應(yīng)用，保證了特殊生產(chǎn)工藝條件下，油田注水系統(tǒng)的穩(wěn)定、軟停的增加，有利于對電力拖動中各配電設(shè)備的保護(hù)，同時減少了電機(jī)的機(jī)械損傷，降低了對電網(wǎng)的沖擊。通過現(xiàn)場測試直啟和軟停功能，結(jié)果表明使用良好，有利于采油平臺的生產(chǎn)穩(wěn)定?！?/p>

［1］ 辜承林，陳喬夫，熊永前. 電機(jī)學(xué) [M]. 3版，武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.

［2］ 張選正. 變頻器及軟啟動器應(yīng)用計算[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

［3］ 劉力，王棟. 電動機(jī)軟啟動器實(shí)用技術(shù)[M]. 北京：中國電力出版社，2010.

On Adding New Functions of Direct Start and Soft Stop to the 6.3,kV M otor of an Oil Production Platform

HU Jianwen，SU Ting
(China National Offshore Oil(China)Co.，Ltd．Tianjin Branch，Tianjin 300452，China)

In LD 10-1CEP offshore oil production platform，four 6.3,kV injection pumps adopted the soft starter produced by Allen-Bradley and realized soft start of motor．On account of the particularity of oil production，the motor also needs to meet the start-up requirement in case of soft starter failure，namely direct start．At the same time，soft stop function of the soft starter should also be effectively used．This paper deeply studies the adding of new functions of direct start and soft stop to the medium voltage 6.3,kV motor to ensure the stable operation of power distribution equipment，reduce mechanical damage of the motor，and reduce the impact to the grid under the condition of special production processes.

direct start；soft start；soft stop

TE952

：A

：1006-8945(2015)10-0046-03

2015-09-16