劉赫

摘 要：采用水電阻軟啟動裝置能將啟動沖擊電流控制在最小范圍，保證最佳啟動轉(zhuǎn)矩，使啟動成功;其最大優(yōu)點在于可調(diào)性好，水電阻容量大，不會因為啟動次數(shù)的頻繁而燒壞，既能降低運行和維護(hù)費用，又能保證安全生產(chǎn)。本文對高壓電機(jī)水電阻軟啟動裝置的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：高壓電機(jī);水電阻軟啟動裝置;應(yīng)用

1 水電阻軟啟動裝置的工作原理

水電阻軟啟動是靠溶解在水中的電解質(zhì)離子導(dǎo)電的，電解質(zhì)充滿于兩個平面極板之間（即水電阻的兩個電極），構(gòu)成一個電容狀的導(dǎo)電體，既能降低電動機(jī)的啟動電流，又能使電動機(jī)獲得較大的端電壓，且提高啟動時的功率因數(shù)，所以能使電動機(jī)全負(fù)荷平穩(wěn)啟動。在電機(jī)起動電流基本恒定的情況下，電動機(jī)端電壓逐步升高，從而使電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩逐步增大，實現(xiàn)電動機(jī)的平滑起動。

1.1水電阻阻值的計算

水電阻阻值的最佳配置是控制適宜的起動電流及使電動機(jī)能正常起動的關(guān)鍵，根據(jù)實際應(yīng)用而歸納的參考公式為

RS=1.01UE/（1.73×2.5IE）（1）

式中，RS—每相水電阻配置的最大電阻;UE—電源線電壓;IE—電動機(jī)的額定電流。根據(jù)電機(jī)的參數(shù)代入液阻配置式（1）

RS=1.01×11000/（1.73×2.5×1000）=2.57Ω

即三相水電阻每相配置最大電阻為2.57Ω左右時電動機(jī)能達(dá)到最佳起動狀態(tài)。

1.2水電阻啟動特性及優(yōu)點

采用水電阻軟啟動的電動機(jī)有以下顯著的起動特性及優(yōu)點。

1.2.1恒電流軟啟動特性

在電機(jī)起動過程中，電流基本保持不變，數(shù)值在2.5～3.5IE左右，且有顯著的軟啟動特性：啟動電流恒定，一般在2～3倍額定電流。電動機(jī)在起動過程中，等效電阻是隨著轉(zhuǎn)差率s的減小而增大。在起動時，s=1，而X和R2/s都非常小。因此直接起動時電流很大（5～7倍額定電流）。當(dāng)在定子回路串一可變的電阻時，回路總電阻在區(qū)間0.1

1.2.2起動過程中系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定及母線壓降低

一般采用水電阻降壓起動的電動機(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上，且整個起動過程接近于恒定，母線壓降低。由于上述特性，使電機(jī)起動對電力系統(tǒng)的影響降到最低，母線壓降在5%左右。

1.2.3起動平穩(wěn)無沖擊

電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩由小到大逐步增高，因而使機(jī)械設(shè)備起動平穩(wěn)，無沖擊、無嘯叫聲，且機(jī)械能平穩(wěn)越過諧振轉(zhuǎn)速，使設(shè)備免受傷害。

1.2.4經(jīng)濟(jì)效益顯著

節(jié)約一次性投資和維護(hù)費用。水電阻軟啟動裝置，由于控制系統(tǒng)簡單、操作方便且總體直接投資在高壓大型電機(jī)的各種起動方案中是最經(jīng)濟(jì)的一種方式，尤其比起進(jìn)口的變頻起動器來說更顯價格優(yōu)勢，只是同性能進(jìn)口設(shè)備的1/6左右。采用水電阻軟啟動方式，可以大大降低電機(jī)起動時對電力系統(tǒng)的要求，從而可以節(jié)約大量的一次性電力增容方面的固定投資。

節(jié)約長期技術(shù)性投資，該方案理論成熟，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定、運行可靠、基本免維護(hù)。一般技術(shù)工人經(jīng)過簡單培訓(xùn)就可以達(dá)到使用和維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)要求。采用該啟動方案，大大降低電機(jī)起動對電力系統(tǒng)的要求，從而可使電力變壓器的運行始終在經(jīng)濟(jì)運行區(qū)，從而降低電力變壓器運行損耗，節(jié)約運行費用。

1.2.5與其他啟動方式相比，性能優(yōu)越

采用電抗器降壓起動方式，電動機(jī)的起動電流可以小量的降低，但是功率因數(shù)很低，母線壓降相對較大，在15%左右。

自耦變壓器降壓起動方式同串聯(lián)電抗器起動方式效果大體相同，但接線方式復(fù)雜，故障率較高，將給后期運行帶來故障隱患，增加后期檢修維護(hù)成本。變頻軟啟動因起動特性較好，但從技術(shù)上對用戶的維護(hù)人員要求較高，而且價格昂貴，投資費用大。

2 高壓電動機(jī)的降壓起動原理

高壓電動機(jī)的降壓起動原理接線圖如圖1所示。高壓真空開關(guān)1DL合閘，大型軟啟動裝置的三相電阻串入電機(jī)定子回路，水電阻隨著電動機(jī)的起動自動投入并在電動機(jī)起動結(jié)束后在設(shè)定的時間內(nèi)2DL閉合，將水電阻自動切除，電動機(jī)自動投入正常運行。圖1中1GK是為檢修水電阻而裝設(shè)的隔離開關(guān)，正常時是處于合閘狀態(tài)的，且和1DL之間有電氣連鎖關(guān)系。1DL為主電動機(jī)運行真空斷路器，2DL為短接真空斷路器，R代表可變電阻，水電阻裝置的三相電阻由相互絕緣的三個絕緣箱體構(gòu)成。

該設(shè)備于2004年6月全部安裝調(diào)試完畢，設(shè)備一次啟動成功運行至今狀況良好，性能穩(wěn)定可靠。經(jīng)測試，最大起動電流為3500A左右，為額定電流的3.5倍，帶負(fù)載起動時間為35s，減少了系統(tǒng)沖擊，起動電流非常平穩(wěn)，電網(wǎng)壓降小于5%，達(dá)到了預(yù)期目的。

3 故障分析及處理

3.1水電阻液位低，起動時速斷動作

2016年8月一次電機(jī)起動過程中速斷保護(hù)動作，起動不成功。檢查發(fā)現(xiàn)水電阻箱水位指示浮標(biāo)已看不到，水位低于規(guī)定液位指示范圍。分析原因為環(huán)境溫度高或起動消耗在水電阻的能量使得溶液溫度升高，加快水的蒸發(fā)，溶液濃度變大，水電阻阻值變小，造成電機(jī)起動時電流變大，速斷保護(hù)動作。加純凈水至標(biāo)準(zhǔn)水位后，電機(jī)正常啟動。針對這一現(xiàn)象，車間分析評估后，在水電阻液面上滴少許變壓器油封蓋液面，阻止水分蒸發(fā)，起到很好效果，原來每個月補(bǔ)水一次現(xiàn)變?yōu)槊考径妊a(bǔ)水一次。

3.2極板腐蝕造成啟動時速斷動作

2014年10月份某次起動電機(jī)，起動時電機(jī)跳閘，高壓柜綜保繼電器報速斷故障。復(fù)位后第二次啟動成功，連續(xù)幾天都是這種現(xiàn)象。車間組織對故障原因進(jìn)行查找分析，經(jīng)電機(jī)起動時現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，每次都是在水電阻啟動完畢2DL合閘切除水電阻時發(fā)生，分析認(rèn)為雖然水電阻啟動完畢，但電機(jī)未達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩，切換時電機(jī)未達(dá)到95%的額定轉(zhuǎn)速，全壓加上后電機(jī)電流迅速增大，造成速斷動作?，F(xiàn)場檢查水電阻箱時發(fā)現(xiàn)電阻液顏色發(fā)綠，經(jīng)檢查確認(rèn)為水電阻箱內(nèi)極板發(fā)生腐蝕，電阻液中含有極板腐蝕后的銅離子，導(dǎo)致水電阻阻值增大，電機(jī)起動時達(dá)不到額定轉(zhuǎn)矩。第二次起動時，由于第一次起動電流通過電阻液，致使電阻液溫度上升，電阻變小，增大了起動轉(zhuǎn)矩?，F(xiàn)場更換電阻液，重新配比水電阻值，保證了電機(jī)正常啟動運行。2015年8月裝置停車大修時更換了極板，徹底解決了故障。

4 結(jié)語

水電阻軟啟動裝置在高壓電動機(jī)上的成功應(yīng)用，徹底解決了該大功率電機(jī)采取直接起動時給電網(wǎng)電壓及設(shè)備帶來的各種不利因素，是一種新型的鼠籠式高壓大功率電動機(jī)降壓軟啟動理想裝置。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧繩谷.電機(jī)及拖動基礎(chǔ)（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.