大功率高压电机的液态软起动

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介绍了高压电机液态软起动装置一些主要的调试方法及安装调试过程中应注意的问题。

并对液态软起动方式对比直接起动方式的优点作分析。

关键词高压电机水电阻软起动ＰＬＣ起动电流倍数调试中图分类号ＴＨ７文献标识码Ｂ文章编号１６７２—９３２３（２００８）Ｏｌ一００２９－０５１概述在某炼油厂新建６０万ｔ／ａ重油催化裂解装置的电气安装工程中，主风机和备用主风机的两台１０ｋＶ高压主电机功率分别为６３００ｋＷ和４５００ｋＷ。

由于该厂未与地方电网并网而采用自备热电厂发电，而热电厂电网容量小（三台发电机组容量加起来只有３０ＭＷ，而且其他装置用电负荷已占用１５～１８ＭＷ），如果在进行负荷试车时，采用满压直接起动的方式起动主电机将很可能会导致整个电网的瘫痪。

因此，为了减小主风机和备用主风机电机起动时对电网所造成的冲击，设计中采用了液态（水电阻）软起动装置来控制电机的起动。

２安装及调试’２．１软起动装置主要结构本装置电机液态软起动的一次图如图ｌ所示。

软起动装置１套共６面柜：包括星点短接柜２面、高压切换柜１面、水电阻柜３面（Ａ、Ｂ、Ｃ相）。

高压切换柜实现主、备机之间的切换。

星点短接柜在电机起动过程完毕后，柜内断路器合闸，将电机三相定子绕组短接，电机绕组星形连接正常运行。

水电阻柜最复杂，其主要由电液箱、电气室、传动机构三部分组成：电液箱内装有液体电阻和液阻的动、定极板，是软起动装置的核心部位；电气室安装有各种用于在电机起动过程中参与控制保护的低压电气元件（如计量仪表、操作开关、信号灯等）和ＰＬＣ等，另外为方便维护和安装，室内还预留ＡＣ６．３Ｖ和ＡＶ２４Ｖ安全电源用于调配液阻值；传动机构在柜上部，主要作用是由传动电机带动极板运动以改变液体电阻值的大小来实现软起动。

２．２水电阻配制图１：（一拖二）液态软起动装置一次原理图欢迎访问：｛ｔＯ国化工建设网＞硼ｖｗ．ｃｃｃｅｎｒ．ｏｒｇ吕亮大功率高压电机的液态软起动每相水电阻柜电液箱需加入约５ｔ水，故水电阻应在软起动柜安装完毕并加水后再进行配制，以免增加起动柜安装就位的难度。

水电阻由软化水加适量的电液粉配制而成。

水电阻的电阻值由公式（１）来确定：Ｒｓ盎ｍＩｅ以普ｒｌ・√３＾，、，‘式中ｍ一未串液阻前起动电流与额定电流之比；ｎ一串入液阻后起动电流与额定电流之比，Ｉｅ一电机额定工作电流，Ａ，Ｕｅ一电机额定工作电压，Ｖ。

由于主风机与备用主风机电机功率不一样大，由上式所计算出的电阻值也不一样大，配制时按照大的计算阻值来进行配制。

液阻柜的电液箱内安装有水电阻的动、定极板，电机起动过程中正是通过改变动、定极板之间的间距从而改变电阻值来实现软起动的。

调试时，要调整好动极板的初始位置，使动极板在初始位置时，动、定极板之间的电阻值能满足由公式（１）所得到的计算值，而且由于两台电机计算阻值不一样，因此通过液阻柜上的主／备机转换开关能够改变动极板的初始位置，使其满足对应电机的阻值要求。

电气室预留有ＡＣ６．３Ｖ和ＡＣ２４Ｖ测量电源，配制液阻时按照图２连接电流表、电压表、水电阻，并由公式Ｒｓ＝Ｕ／Ｉ可计算出实际配制的液体电阻值。

图中ＰＡ：电流表，Ｐｖ：电压表，Ｒｓ：水电阻，ＴＣ：安全变压器。

２．３模拟试验水电阻软起动装置检查、接线完成，在起动电机前，应模拟电机的起动过程做模拟试验，以下以起动主风机电机为例进行说明：图２液体电阻值测量回路图（１）先将主／备机转换开关打到主机位置，液阻柜上的ＰＬＣ控制器根据转换开关位置自动将动极板调整到相应的初始位置。

然后闭合高压转换柜的高压开关５ＤＬｌ（５ＤＬｌ与５ＤＬ２互相连锁，不能同时闭合）。

如果此时电液箱箱体完好、状态（包括液位、液温）输出正常、动定极板位置适宜，液阻柜上的允许起动信号灯亮，并向电机主开关柜发出“液阻柜准备就绪”信号，允许开关柜上的高压断路器合闸。

（２）操作高压断路器１ＤＬ在试验位置合闸。

电机起动过程中星点短接柜断路器处于断开位置，电机三相定子绕组与水电阻串联运行，因此减小了电机的起动电流。

液阻柜上的ＰＬＣ自动检测电流互感器２ＴＡ传送过来的起动电流信号，随着电机转速提高，起动电流减小，ＰＬＣ自动调节液阻动，定极板间距，使水电阻线性均匀减小，从而均匀提高电机定子绕组端电压。

由于在模拟试验中，动力电缆无电流流过，ＰＬＣ无法检测到电流信号，可采用电流发生器在２ＴＡ的一次或二次侧施加电流模拟起动电流，并逐渐减小电流。

（３）当ＰＬＣ检测到模拟起动电流已经小于电机额定电流，且起动时间大于ＰＬＣ给定时间时，液阻动、定极板之间的电阻值几乎为零，说明电机的起动过程已经完成。

此时，液阻柜发出“电机起动完成”信号至星点短接柜，闭合星点柜断路器。

星点柜再发信号给切换柜，断开切换柜上的高压开关。

这时软起动装置从主回路中完全脱离，电机处于三相定子绕组星形连接的正常运行状态。

（４）电机起动完毕，液阻箱动极板会自动复位至初始位置，为下次起动作好准备。

只有在模拟试验正确无误后，才可正式起动电机。

３试车数据以下为负荷试车时电机起动的实际数据记录：３．１备用主风机（４５００ｋＷ）起动时间２５ｓ起动电流比３．０６水电阻初始温度２５℃，起动后温升１２．３℃电网电压降０．６５ｋＶ（１０．７～１０．０５ｋＶ）电网频率降Ｏ．７ＨＺ（５０．５～４９．８Ｈｚ）３．２主风机（６３００ｋＷ）起动时间４６ｓ起动电流比２．８８水电阻初始温度２６＂Ｃ，起动后温升１４．２℃电压降０．６７ｋＶ（１０．８～１０．１３ｋＶ）频率降１．６ＨＺ（５０．９－４９．３Ｈｚ）由以上数据可以看出，电机起动过程正常，起动电流比及对电网所造成的冲击都比较小，采用液态软起动装置达到了预期的目的。

，４注意问题４．１起动电流倍数的确定在配制水电阻时，不可为了降低电机的起动电流欢迎访ｆ＊－ｌ＂‘中国化工建设网》ＷＷＷ．ｃｃｃ，ｅｌｌｒ．ｏｒｇ４１倍数而将液阻值配置得太大。

因为水电阻阻值太大的话，虽然起动过程中减小了电机的起动电流，但由于电机的转矩是与电流的平方成正比的，因此同时也减小了电机的起动转矩，可能会导致电机无法带动负荷，即使能够带动负载，也会使起动过程时间延长。

为避免电机起动时间过长而长时间冲击电网，在液阻柜ＰＬＣ编程时会加入一个给定的时间，当电机起动时间大于这个给定时间时，如果ＰＬＣ检测到的起动电流值仍然大于电机的额定电流时（即起动过程仍未完成），液阻柜会发出“起动超时”信号给高压开关柜，断开主断路器，以保证电网的安全运行。

串入水电阻后电机的起动电流倍数由设计计算确定，一般应取２．５～３倍。

４．２环境温度对水电阻阻值的影响水电阻的阻值会随环境温度的变化而变化：温度升高，电阻值减小，温度降低，电阻值变大。

在较低环境温度下起动电机的时间会比在较高环境下起动电机的时间长。

当环境温度在零度以下，水电阻结冰时，根本不可能起动电机。

因此需注意保持水电阻的恒温，以减小环境温度对阻值（或者说起动时间）的影响。

一般做法是在液态软起动装置的室内安装空调或在电液箱内装加热器，但由于电液箱内水多，用加热器给水升温时间长，因此安装空调更为合理些。

４．３软起动次数电机每次起动，水电阻内都会流过较大的起动电流，使液温升高。

虽说软起动装置具有较大的热容量，允许一定次数的连续起动，但连续起动次数过多会导致液温过高（一般设定为６５～７０℃）。

液阻柜内设定有保护程序，在电机起动前如果出现液温过高，就有报警输出，同时产生电气联锁禁止起动，以防止电机起动造成液体飞溅等不安全因素。

这时水电阻需要经过一定时间的冷却，等待水温下降，“液温过高”报警消除。

需要说明的是，液温保护开关在电机起动前有报警输出时即禁止起动，但在起动过程中或起动结束后有报警输出时在确保没有液体沸腾造成飞溅的情况下，报警输出只作为警示信号，不要求电机停车检修，可将报警声响回路关闭，待停机断电后或下次起动前排除即可。

由于水电阻冷却时间较长，一般规定每天起动次数：空载起动不超过３次，带负荷起动不超过２次。

５与直接起动方式的对比分析５．１优化电机起动与直接起动方式相比，用液态软起动装置起动大功率电机，不仅起动电流小且平滑、无冲击，显著降低电网压降，保证电网可靠运行，有效保护电动机及传动机械，而且由于采用了ＰＬＣ实现电流闭环自动控制功能，在电动机起动过程中自动检测电机电流，同时根据电流大小自动调节控制装置，使电动机起动最优化。

５．２经济性该炼油厂电网容量较小，如果采用满压直接起动的方式起动主风机或备用主风机电机，为保证电网的安全运行，起动前肯定要切除一部分炼油装置的用电负荷，待电机正常运转后再恢复这些装置的生产。

而在试车阶段，电机起动次数又较为频繁，这样不断地停止、恢复装置生产，不仅耗费大量的人力，而且也对正常生产造成相当大的经济损失。

假设每次起动电机需切除三套装置的用电负荷，装置每次停止，恢复生产的时间为４１１，那么每次起动电机所造成的经济损失至少有几十万元。

如果为保证整套催化装置的生产，单独新上一台发电机组或从公用电网引１０ｋＶ电源进炼油厂投资更大。

新上一台３０ＭＷ发电机组（含锅炉等配套设施）大概需要ｌ亿元左右的投资，而引入高压电源不仅需要架设架空线路，而且还要建３５ｋＶ／ｌＯｋＶ变电站，一次投资也至少需２千万元。

而本工程采用的整套液态软起动装置的费用只有３０多万元，而且从试车阶段至整个催化装置投产数次起动主电机，软起动装置均运行正常。

由以上对比分析可以看出，根据该炼油厂的实际情况，相对于直接起动方式，主风机，备用主风机电机采用水电阻软起动方式是经济可行的。

５结束语由于大部分炼厂都是与地方电网并网的，只要电网容量足够大，采用直接起动方式起动电机是没有问题的，无需采用降压起动。

因此液态降压软起动装置的安装在国内并不多见，一般只适用于一些电网容量较小、电网运行不稳定的厂矿企业。

本文叙述了笔者在软启动装置安装过程中的一些体会，希望可为同行在电气施工中遇到相同或类似的工程提供参考和借鉴。

（收稿日期：２００５－０５－２６）作者简介吕亮，男，１９９４年７月毕业于广西大学电气工程系电力系统及其自动化专业，从广西大学毕业后一直从事电气安装施工的技术工作，主要参与及负责的工程项目有：新疆库尔勒塔里木石化厂空压站、热水站电气安装工程，天津大港油田炼油厂４０万ｔ／ａ柴油加氢精制装置电气安装工程，辽宁抚顺洗涤剂化工厂总变电站电气改造工程，山东东明石化厂６０万ｔ／ａ重油催化裂解装置电气安装工程。