摘要：介紹了給排水行業(yè)中常用的兩種交流低壓電動機啟動方式（全壓啟動和軟啟動）以及這兩種啟動方式所采用的典型控制接線、保護及控制方式、保護電器的選型等，重點分析了全壓啟動時的主回路和控制回路，最后說明了電動機在給排水行業(yè)中的重要性，提醒相關(guān)的電氣人員做好電動機啟動、保護和控制的方案，確保電動機安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：電動機;全壓啟動;軟啟動;控制

中圖分類號：TM343 ? ?文獻標(biāo)志碼：A ? ?文章編號：1671-0797（2022）02-0006-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.02.002

1 ? ?啟動方式

目前，給排水行業(yè)中所使用的電動機主要用于連續(xù)運行、負荷平穩(wěn)、操作不頻繁的場合[1]，主要代表設(shè)備有水泵、風(fēng)機、攪拌機、推流器、污泥泵、加藥泵、脫水機等;另有少部分間隙運行、操作頻繁的設(shè)備，如格柵、輸送機、電動調(diào)節(jié)堰門、刮泥機、吸泥機等;還有一些短時運行的設(shè)備，如電動閥門、電動閘門、電動葫蘆、起重機等。除起重機等少部分設(shè)備外，給排水行業(yè)一般用電設(shè)備采用的都是鼠籠式電動機[1]。

給排水行業(yè)中的電動機應(yīng)優(yōu)先采用全壓啟動，但應(yīng)滿足以下3個條件：

（1）電動機啟動時，配電母線上的電壓符合相應(yīng)規(guī)范規(guī)定;

（2）電動機本身允許全壓啟動;

（3）生產(chǎn)機械能夠承受全壓啟動時的沖擊轉(zhuǎn)矩[2]。

當(dāng)不滿足全壓啟動條件時，電動機需要采用降壓啟動或其他適當(dāng)?shù)膯臃绞健５蛪菏蠡\式電動機常用的降壓啟動方式有星三角啟動、電阻降壓啟動、自耦變壓器降壓啟動、軟啟動器降壓啟動等[3]。目前，給排水行業(yè)所采用的降壓啟動方式大多數(shù)是軟啟動器降壓啟動。相比其他的降壓啟動方式，軟啟動器有著很大的優(yōu)越性：

（1）可對啟動電流和轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)簡單靈活的控制;

（2）可平滑地控制電壓和電流;

（3）可實現(xiàn)人機對話并讀取電壓、電流及故障信息等;

（4）可實現(xiàn)現(xiàn)場總線通信;

（5）可采用軟停止控制延長電機的減速時間;

（6）可為電動機提供更全面的保護。

使用軟啟動器降壓啟動的唯一缺陷就是成本較高，軟啟動器的價格比其他幾種降壓啟動的價格要高得多。但隨著經(jīng)濟實力的提高、軟啟動器功能的不斷完善以及生產(chǎn)成本的下降，除部分消防設(shè)備外，使用軟啟動器啟動將成為鼠籠式電動機降壓啟動的主流。

2 ? ?保護及控制

電動機的保護往往與其拖動設(shè)備控制方式有一定關(guān)系，保護中通常有控制，控制中也帶有保護。在一般情況下，除設(shè)備自帶的保護（如繞組過熱、軸承過熱、滲水、漏油、過力矩等）之外，對于給排水行業(yè)中的三相交流低壓電動機應(yīng)裝設(shè)過載保護、斷相保護、短路保護和接地故障保護[2]。

2.1 ? ?全壓啟動時的主回路及控制回路

低壓交流電動機的主回路一般要求具有隔離功能、控制功能、短路保護功能、過載保護功能、斷相保護功能，目前主流的低壓電動機全壓啟動主要有以下4種主回路接線方式：

（1）熔斷器+接觸器+熱繼電器：熔斷器提供隔離功能和短路保護功能，接觸器提供控制功能，熱繼電器提供過載保護功能和斷相保護功能。

（2）普通斷路器+接觸器+熱繼電器：普通斷路器提供隔離功能和短路保護功能，接觸器提供控制功能，熱繼電器提供過載保護功能和斷相保護功能。

（3）電動機保護型斷路器+接觸器：電動機保護型斷路器提供隔離功能、短路保護功能、過載保護功能和斷相保護功能，接觸器提供控制功能。

（4）一體化型電動機保護控制器：集隔離功能、控制功能、短路保護功能、過載保護功能、斷相保護功能于一體。

給排水行業(yè)由于低壓電動機功率范圍較大，從0.37 kW的電動閥門到250 kW的風(fēng)機水泵都有涉及，綜合考慮各種因素，一般采用普通斷路器+接觸器+熱繼電器的主回路接線方式。

給排水行業(yè)中典型的電動機全壓啟動主回路和控制回路接線圖如圖1所示，主回路由斷路器QF、接觸器KM的常開主觸點、熱繼電器KH的熱元件組成，控制電路由啟動按鈕SB、停止按鈕SBS、接觸器KM線圈和常開輔助觸點、熱繼電器KH的常閉觸頭以及其他一些轉(zhuǎn)換開關(guān)、信號燈、中間繼電器等組成。

2.2 ? ?全壓啟動時保護電器的選擇

2.2.1 ? ?過載保護

給排水行業(yè)中，水泵、風(fēng)機、攪拌器、推流器等大部分均為連續(xù)運行設(shè)備，宜裝設(shè)過載保護，過載保護動作于斷開電源[2]。在圖1中，電動機過載保護通過熱繼電器KH實現(xiàn)。電動機過載時KH動作，斷開控制電路，接觸器KM失電，切斷主電路，電動機停轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)過載保護。一般情況下，熱繼電器的整定電流應(yīng)接近但不小于電動機的額定電流，同時需要考慮到保護的動作時限應(yīng)躲過電動機正常啟動時間[3]。

2.2.2 ? ?斷相保護

給排水行業(yè)中的直接啟動電動機一般都宜裝設(shè)斷相保護。實際工程中使用帶斷相保護功能的熱繼電器即能滿足要求[2]。

2.2.3 ? ?短路保護

采用低壓斷路器作為短路保護元件。

（1）采用瞬動過電流脫扣器作為短路保護時，其整定電流應(yīng)取電動機啟動電流的2～2.5倍[2];當(dāng)整定電流不在此區(qū)間時，可以向上取值，但應(yīng)滿足末端短路跳閘的靈敏性要求。

（2）采用短延時過電流脫扣器作為短路保護時，其整定電流應(yīng)不小于電動機的啟動電流，延時時間不小于0.1 s[2]。

（3）采用電動機保護型斷路器或一體化保護控制器時，為躲過啟動電流，其長延時過電流脫扣器在7.2倍整定電流下的動作時間，應(yīng)大于電動機的實際啟動時間[3]。

2.2.4 ? ?接地故障保護

當(dāng)?shù)蛪簲嗦菲鞯乃矂踊蚨萄訒r脫扣器整定值滿足動作靈敏性要求時，應(yīng)兼作接地故障保護[2]。在TN-S系統(tǒng)中，因為相線—中性線短路故障的存在，低壓斷路器的整定值一般都能滿足接地故障保護的要求，當(dāng)不能滿足要求時，可以選用帶接地故障保護功能的低壓斷路器。

2.3 ? ?全壓啟動時的控制原理

給排水行業(yè)中的設(shè)備一般都采用三地控制（就地箱手動、開關(guān)柜手動和PLC自動）。以圖1為例，1SA、1SB、1SBS、1HR、1HG安裝于就地箱，2SA、2SB、2SBS、2HR、2HG安裝于開關(guān)柜，J為遠程PLC無源觸點。當(dāng)選擇開關(guān)1SA處于就地位置時，電動機只能由現(xiàn)場就地箱手動控制;當(dāng)選擇開關(guān)1SA處于遠程位置、2SA處于開關(guān)柜位置時，電動機只能由開關(guān)柜手動控制;當(dāng)選擇開關(guān)1SA處于遠程位置、2SA處于PLC位置時，電動機只能由遠程PLC自動控制。由于1SA和2SA的設(shè)置，控制的優(yōu)先級別為就地箱>開關(guān)柜>PLC。即使處于遠程控制，但當(dāng)巡檢人員現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)故障或緊急情況時，也可以通過1SA現(xiàn)場直接停機。

圖1的控制原理比較簡單，下面以就地箱手動控制為例分析其控制原理：

（1）啟動電動機：按啟動按鈕1SB，接觸器KM的吸引線圈得電，三對常開主觸點閉合，將電動機M接入電源，電動機開始啟動。同時，與1SB并聯(lián)的KM的常開輔助觸點閉合，即使松手斷開1SB，吸引線圈KM通過其輔助觸點也可以繼續(xù)保持通電，維持吸合狀態(tài)。凡是接觸器利用自己的輔助觸點來保持其線圈帶電的，都稱之為“自鎖”，這個觸點稱為“自鎖觸點”。由于KM的自鎖作用，當(dāng)松開1SB后，電動機M仍能繼續(xù)啟動，最后達到穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

（2）停止電動機：按停止按鈕1SBS，接觸器KM的線圈失電，其主觸點和輔助觸點均斷開，電動機脫離電源，停止運轉(zhuǎn)。這時，即使松開停止按鈕，由于自鎖觸點斷開，接觸器KM線圈不會再通電，電動機不會自行啟動。只有再次按下啟動按鈕1SB時，電動機方能再次啟動運轉(zhuǎn)。如果有其他故障保護，可以將故障保護的無源觸點接入電動機啟動回路，故障時就可以自動停機。

2.4 ? ?軟啟動時的保護和控制

對于給排水行業(yè)中一些重要的55 kW及以上較大功率水泵、風(fēng)機等設(shè)備，一般采用軟啟動器啟動。以ABB公司生產(chǎn)的PST軟啟動器為例，主回路接線圖如圖2所示，主要由低壓斷路器QF、軟啟動器PST、旁路接觸器KM組成。

短路保護和接地故障保護由低壓斷路器QF提供，過載保護、斷相保護由軟啟動器PST提供。此外，軟啟動器PST還提供大電流、欠載保護、相不平衡、反相保護等電動機的特殊保護，用戶可根據(jù)需要自行選擇上述保護。

采用軟啟動時的控制方式也為三地控制：就地控制箱、開關(guān)柜和PLC，控制原理和全壓啟動基本相同。

使用軟啟動器可以實現(xiàn)總線通信，可以迅速準(zhǔn)確地將電動機運行的一些參數(shù)、故障信號輸送至遠方中控室內(nèi)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。同時，為避免晶閘管等元件引起的損耗，回路中接入了旁路接觸器KM（如使用PSTB型軟啟動器，其內(nèi)部自帶旁路接觸器），當(dāng)電動機啟動完畢后，旁路接觸器閉合，但軟啟動器內(nèi)置的保護功能仍然存在。對于給排水行業(yè)中的水泵，采用軟啟動器軟停止可以避免水泵急停過程中產(chǎn)生的“水錘”效應(yīng)，大大延長水泵的使用壽命。

3 ? ?結(jié)語

交流電動機，一直被稱作“工業(yè)的馱馬”，給排水行業(yè)中的主要電動機一旦出現(xiàn)故障，水廠、污水廠就得停產(chǎn)，會給人們生活造成重大影響。電動機的啟動、保護和控制直接關(guān)系到電動機的運行成敗與否，因此在相關(guān)工程中一定要認真做好這方面的工作，制訂出既經(jīng)濟又安全的電動機配電和控制方案。

[參考文獻]

[1] 中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司.給水排水設(shè)計手冊 第8冊：電氣與自控[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2] 通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范：GB 50055—2011[S].

[3] 中國航空規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司.工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊[M].4版.北京：中國電力出版社，2016.

收稿日期：2021-10-25

作者簡介：孫正且（1980—），男，江蘇南京人，高級工程師，注冊電氣工程師，研究方向：市政公用工程供配電設(shè)計。