（蘭州寰球工程有限公司，甘肅 蘭州 730060）

0 引言

隨著科技水平的發(fā)展，大型、特大型電動(dòng)拖動(dòng)設(shè)備在各企業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制原理和技術(shù)指標(biāo)要求也越來越高，傳統(tǒng)的星-三角啟動(dòng)器、變壓器-電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電抗器降壓?jiǎn)?dòng)、自藕降壓?jiǎn)?dòng)等已經(jīng)無法滿足各行業(yè)的需要。高壓電機(jī)的軟啟動(dòng)在近幾年得到了快速發(fā)展，控制原理也多種多樣，使設(shè)計(jì)單位和用戶單位難以選擇?；诖?，該文闡述了高壓電機(jī)的軟啟動(dòng)應(yīng)用，并對(duì)軟啟動(dòng)過程可能出現(xiàn)的問題做幾點(diǎn)說明。

1 配電系統(tǒng)及電機(jī)參數(shù)

1.1 配電系統(tǒng)

在內(nèi)蒙古家景鎂業(yè)有限公司焦化升級(jí)改造年產(chǎn)30 萬t 甲醇項(xiàng)目中，須新建10 kV 開閉所為其生產(chǎn)裝置供電。開閉所規(guī)劃12 回路，其中6 個(gè)回路主用，6 個(gè)回路備用。電源取自烏海電業(yè)局興旺110 kV 變電站10kV 側(cè)。

該項(xiàng)目共分為6 個(gè)單元，6 個(gè)單元之間無電氣聯(lián)系。其中1 單元電氣主接線為單母線接線，2~6 單元主接線單母線分段接線。每個(gè)單元均由2 路進(jìn)線，進(jìn)線均使用高壓電纜。

1.2 電動(dòng)機(jī)參數(shù)

該項(xiàng)目共5 臺(tái)原料氣壓縮機(jī)，該文以其中1 臺(tái)原料氣壓縮機(jī)的啟動(dòng)為例說明，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為TZYW 5500kW 正壓型無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)，額定功率5 500 kW，額定電壓10 kV，額定電流366 A，功率因數(shù)0.9（超前），額定轉(zhuǎn)速300 r/min。

該原料壓縮機(jī)電源取自10 kV 開閉所3 單元，母線在最小運(yùn)行方式下短路電流6.63 kA，短路容量112.87 MVA。

2 高壓電機(jī)啟動(dòng)方式選擇

2.1 全壓?jiǎn)?dòng)計(jì)算

設(shè)備資料電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流倍數(shù)取6，由于線路較近，啟動(dòng)時(shí)線路電壓降忽略不計(jì)。

式中：Uqm—母線標(biāo)稱電壓相對(duì)值，kV。

Skm—母線短路容量，MVA。

Qfh—預(yù)接負(fù)荷的無功功率，Mvar。

Sq—啟動(dòng)回路的額出輸入容量，MVA。

Sqm—電動(dòng)機(jī)額定啟動(dòng)容量，MVA。

Srm—電動(dòng)機(jī)額定容量，MVA。

Kq—電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流倍數(shù)。

Urm—電動(dòng)機(jī)的額定電壓，kV。

Irm—電動(dòng)機(jī)的額定電流，kA。

2.2 電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)要求

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，其端子電壓應(yīng)能保證被拖動(dòng)機(jī)械要求的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且在配電系統(tǒng)中造成的電壓下降不應(yīng)妨礙其他用電設(shè)備的工作，即電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，配電母線上的電壓應(yīng)符合下列要求。

在一般情況下，電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)時(shí)不應(yīng)低于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的90%。電動(dòng)機(jī)不頻繁啟動(dòng)時(shí)，不宜低于標(biāo)稱電壓的85%，同時(shí)配電母線上未接照明或其他對(duì)電壓降敏感的負(fù)荷且電動(dòng)機(jī)不頻繁啟動(dòng)時(shí)，不應(yīng)低于標(biāo)稱電壓的80%[1]。

為了滿足規(guī)范要求，該電機(jī)選用降壓?jiǎn)?dòng)。由于采用電磁軟啟動(dòng)器啟動(dòng)可以降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流3~4 倍的倍數(shù)，該項(xiàng)目采用電磁軟啟動(dòng)器并將啟動(dòng)電流倍數(shù)調(diào)至3。

2.3 當(dāng)電動(dòng)機(jī)采用降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)

滿足要求電壓下降的電壓允許值的要求（該電機(jī)為不頻繁啟動(dòng)）。

3 軟啟動(dòng)的設(shè)備的選型及說明

3.1 軟啟動(dòng)的設(shè)備選型

目前降壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備多種多樣，為了做到技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理，使用傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式在一次投資和技術(shù)上無優(yōu)勢(shì)。綜合考慮各方面的因素，該項(xiàng)目最終選用了電磁調(diào)壓軟啟動(dòng)器。

3.2 工作原理

嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行電磁調(diào)壓軟啟動(dòng)器的控制設(shè)計(jì)，有部分設(shè)計(jì)規(guī)范已領(lǐng)先于同行業(yè)，例如可根據(jù)用戶需求選配觸摸屏或工控機(jī)進(jìn)行組態(tài)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。該項(xiàng)目采用一拖一方式，還可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)軟啟動(dòng)器拖動(dòng)同電壓等級(jí)的多臺(tái)容量不同的電動(dòng)機(jī)。其中主回路由電磁調(diào)壓器及旁路運(yùn)行開關(guān)組成。

該設(shè)備將電磁調(diào)壓器原邊接于電動(dòng)機(jī)定子回路，利用現(xiàn)代微電子控制和電力電子技術(shù)，通過控制電路控制變壓器二次回路中的可控硅的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)二次電流。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，調(diào)節(jié)控制調(diào)壓器副邊端電壓變化，從而控制調(diào)壓器原邊端電壓由高到低變化，根據(jù)串聯(lián)電路電壓分配原理，電動(dòng)機(jī)端電壓從低到高呈一定規(guī)律的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能，根據(jù)電路反向控制原理，也可以實(shí)現(xiàn)軟停功能。

3.3 電路原理

電路一次原理圖如圖1 所示。

圖1 一次原理圖

3.4 技術(shù)說明

高壓磁控軟啟動(dòng)器具有以下特性。1）額定電流大于電機(jī)的額定電流。2）可在-10℃～+45℃環(huán)境使用，不降容，不影響性能。3）裝置系統(tǒng)輸入50 Hz 的10 kV 電壓，用于電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)。4）電機(jī)啟動(dòng)電流控制在電機(jī)額定電流2.5~4 倍可調(diào)，1 h 內(nèi)可連續(xù)啟動(dòng)4 次。5）裝置能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離DCS（分布式控制系統(tǒng)）操作，并可對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程/本地控制的切換。6）采用自然冷卻。7）具備自動(dòng)旁路功能，啟動(dòng)時(shí)間在10 s~60 s 可調(diào)。8）啟動(dòng)方式具有聯(lián)動(dòng)、手動(dòng)、遠(yuǎn)控功能。聯(lián)動(dòng)是在送高壓時(shí)直接運(yùn)行，手動(dòng)為在軟啟動(dòng)面板上啟動(dòng)停止，遠(yuǎn)控功能為外部啟動(dòng)或停止信號(hào)送至軟啟動(dòng)裝置時(shí)控制啟停。9）具有完善的保護(hù)功能及自診斷功能，在各種事故情況下，設(shè)備的安全均能夠保證。其具備過電流、速斷、超時(shí)、過壓、欠壓、旁路打開燈等保護(hù)功能。保護(hù)的性能應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。10）柜面有急停按鈕。11）操作盤能進(jìn)行各種控制操作和參數(shù)設(shè)置。顯示面板具有電流、電壓、頻率、開、停、故障顯示及故障追憶等功能。12）具有計(jì)算機(jī)控制、監(jiān)視、檢測(cè)、診斷功能及相應(yīng)的軟件。13）具有1min 內(nèi)200%過載的能力。14）有高壓帶電顯示裝置，該裝置在65%額定相電壓時(shí)應(yīng)正常發(fā)光，其還具有電磁門鎖保護(hù)功能。15）主控制單元采用32 位ARM 控制系統(tǒng)為核心，具有處理精度高，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

高壓磁控軟啟動(dòng)裝置包括以下幾種開關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)。1）開關(guān)量輸入：?jiǎn)?dòng)（2 個(gè)）、停止（3 個(gè)）、急停（2 個(gè)）、復(fù)位等信號(hào)，應(yīng)預(yù)留不少于5 個(gè)備用干接點(diǎn)（開關(guān)量輸入回路在硬件上采取光電隔離措施，在軟件上采取消除接點(diǎn)抖動(dòng)措施，并作好接地、屏蔽等抗干擾措施，預(yù)留備用干接點(diǎn)均為可編程接點(diǎn)。2）開關(guān)量輸出：軟啟就緒（2 個(gè)）、故障跳高壓柜（1 個(gè)）、運(yùn)行（3 個(gè)）、故障（2 個(gè)）、停止（3 個(gè)）等信號(hào)，應(yīng)預(yù)留不少于5 個(gè)備用干接點(diǎn)（開關(guān)量輸出模件應(yīng)具有電隔離輸出，隔離電壓≥250V，能直接啟動(dòng)任何中間繼電器，預(yù)留備用干接點(diǎn)均為可編程接點(diǎn)）。開關(guān)量輸入的外部接點(diǎn)和開關(guān)量輸出的內(nèi)部接點(diǎn)全部為無源接點(diǎn)，開關(guān)容量為直流220 V、5 A。

4 故障對(duì)策及異常處理

在啟動(dòng)過程發(fā)現(xiàn)電流過大且不能回落、開關(guān)誤動(dòng)作等故障時(shí)，可按”停止”按鈕緊急停車，停止啟動(dòng)過程。

在啟動(dòng)中未確定和排除出現(xiàn)的故障時(shí)?？梢韵冉獬淮位芈?，做低壓模擬實(shí)驗(yàn)，并確定故障原因。已排除后可按電磁調(diào)壓柜上的“復(fù)位”按鈕，使系統(tǒng)進(jìn)入待命狀態(tài)。

當(dāng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障停車后，應(yīng)對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，并確定故障原因是出自開關(guān)柜，還是軟啟動(dòng)柜或者聯(lián)鎖裝置，判斷出故障后，再進(jìn)行故障修復(fù)，排除故障后，可以按下電磁調(diào)壓柜上的“復(fù)位”按鈕，重新啟動(dòng)電機(jī)設(shè)備。

5 結(jié)語

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高壓電機(jī)在化工中的使用越來越普遍，高壓電機(jī)的軟啟動(dòng)有效地保障了電網(wǎng)安全運(yùn)行。軟啟動(dòng)技術(shù)成為了高壓電機(jī)啟動(dòng)新的發(fā)展方向，在今后的生產(chǎn)企業(yè)中都將扮演重要的角色。