高压固态软起动器在化工厂的应用

高压固态软起动器在化工厂的应用

问永超

（山东阳煤恒通化工股份有限公司山东临沂276100）

摘要：为了保证山东阳煤恒通化工股份有限公司1#2300KW离心式空压机的顺利起动，减少对公司电网的冲击，通过综合比较现有的高压电机降压起动方式，采用了高压固态软起动方式，当电机起动时，装置通过自动调节高压晶闸管阀组导通角实现平滑起动，当电机转速接近额定转速时，旁路真空接触器吸合，软起动装置内的高压晶闸管阀组被旁路，电机通过真空接触器馈电正常运行。结合公司独立电网运行的实际，通过对控制回路的优化，从而实现了减少对电网电压和电机本身及所连接机械设备的冲击，达到了安全、平稳、可靠起动2300KW高压（6KV）异步电动机的目的。

关键词：软起动器；平滑起动；系统优化

引言

山东阳煤恒通化工股份有限公司的1#2300KW空压机电机由一台25000KVA电力变压器供电，已不满足直接起动的条件。为减轻电动机长时间、大电流起动引起的发热，降低起动对其它设备的影响，在综合考虑的基础上，该电机采用了高压固态软起动器。下文从技术分析、实际应用两个方面介绍这种起动方式的必要性及实际可行性。

一、技术分析

1.2几种降压起动方式比较

1.2.1串联电抗器起动

串联电抗器起动就是在电机起动的时候串入电抗器，以限制和降低电机启动时的起动电流及电网压降，当电机运行稳定且电流达到一定值时，切除电抗器变为电机直接起动模式。由于起动过程中电机端的电压也下降，容易导致启动转矩不够，在起动过程中还会出现一个二次冲击的过程。

1.2.2变电阻软起动

变电阻软起动包括热变电阻起动和液阻起动。主要通过在回路中串入可变的可变电阻来分担部分压降。随着起动时间的推移，可变电阻上的压降减少，最终使高压电机顺利起动。变电阻起动方式在起动过程中的起动特性较好，但不适宜频繁起动。

1.2.3磁控软起动

磁控软起动就是通过调节可控硅的导通角来调节电抗器磁通量的改变，从而改变电机端的电压大小，达到电机较为平稳起动的目的。但技术不够成熟，目前应用也不是很广泛。

1.2.4变频软起动

变频软起动就是利用可控硅元件的通断作用先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源递变转换成频率、电压均可控制的交流电源，供给电机。来达到平稳起动的目的。变频软起动与其他起动方式相比具有很大的优越性，变频软起动虽然效果好，但目前投资过大，缺乏经济性。

1.2.5闸管软起动

晶闸管软起动的基本原理是采用可控硅技术进行电压调节，对于大电机，单只可控硅不能满足耐压要求。在3KV以上电压系统，一般采用多只可控硅串联方式(每个桥臂上有3～4个晶闸管串联)，晶闸管交流调压器通过改变晶闸管的导通角来实现电机电压的平稳升降和无触点通断，起动电流可以根据负载情况任意设定。晶闸管软起动的特点是体积小、结构紧凑、维护量小，具有调节快速性好，起动重复性好，保护周全。晶闸管软启动的缺点是由于每个桥臂上有3～4个晶闸管串联，同步触发、晶闸管耐压的均匀性要求很高，谐波比较大。

1.3高压固态软起动器起动的必要性与可行性分析

通过综合比较几种电机降压起动方式优缺点，结合公司的电网实际情况和高压固态软起动器特性，该装置可以满足1#2300KW空压机正常起动，同时又减少了对设备及电网的冲击，符合必要性和可行性分析的要求。

二、高压固态软起动器的应用

2.1装置的构成及工作原理

高压固态软起动器由高压晶闸管阀组、光纤触发板和晶闸管保护板、DSP控制器及液晶显示屏LCD、前级断路器和旁路真空接触器、电压互感器和电流互感器、控制电源等部分组成。

高压固态软起动器的主电路采用三相晶闸管反并联调压方式，串联在电源和电机之间，主控制板通过控制晶闸管导通的触发角控制加在电机上的端电压大小，当电机起动时，软起动装置根据预先设置的起动方式及起动电流倍数，使电机端电压逐渐上升，电机平滑地加速，减少对电网电压的冲击，减少对电机本身及所连接机械设备的冲击，当电机转速接近额定转速时，旁路真空接触器吸合，软起动装置内的高压晶闸管阀组被旁路，电机通过真空接触器馈电正常运行。

2.2装置的控制系统和控制方式

软起动控制系统对电机的起动及运行进行随时监控并对电机提供各种故障保护，控制系统在电机起动过程中，如果发生电机故障会立即发出封锁晶闸管触发脉冲信号并报警，显示电机故障信息。在电机运行过程中，如果发生电机故障会立即断开真空接触器并报警，显示电机故障信息。软停机根据用户设备设置停机方式，停机时软起动装置根据预先设置先使通晶闸管全开通，然后断开真空接触器，通过控制晶闸管导通角，从而逐渐降低电机端电压，直至电机停止，此种方式对解决水泵的水锤效应非常有效。

装置主要控制方式如下：

2.2.1恒流控制方式

指装置控制电流保持设定的起动电流IQ的控制方式。此时，初始电压从零开始增长，直到输出电流达到起动电流IQ，并保持输出电流不超过起动电流IQ的条件下逐渐升高电压直至额定电压，使交流电机转速逐渐升高至额定转速，同时达到电机额定电流。

2.2.2斜坡电压控制方式

指装置给出初始电压U0后随时间线性上升直至电机额定电压UN的控制方式。此时，初始电压U0从开始逐渐升高使输出电压至电机标称电压UN，使交流电机转速逐渐升高至额定转速，同时达到电机额定电流。初始电压大小可随负载性质而调整，重负载时需初始电压较高。斜坡电压控制方式简单、灵活，不同负载可以有不同的斜坡，可储存不同斜坡曲线。

2.2.3软停车

某些设备运行中需要停止，如运输机、升降机、水泵等。突然的停止会对设备带来冲击，特别是泵的停止，管道中的流体会突然停顿，流体产生的压力会使管道中发生巨大声响，可造成阀门和管路系统中其他部件的损害，即“水锤效应”。因此某些场合需要缓慢的停止过程，通过软停车的方式，在设置一定的时间内，电机的端电压逐渐减少，转速由额定转速逐渐降为零。

结论

从使用的效果来看，1#2300KW离心式空压机采用高压固态软起动器限流起动模式，起动时空压机转速提升平滑，起动时间比使用液阻起动柜的缩短8秒（1/3），起动电流值平稳可控，对公司汽轮机组转速的影响明显降低，起动成功率高，完全符合预期的效果，对机组本身和公司电网的正常运行起到了很好的作用。

参考文献：

[1]吴浩烈.电机及电力拖动基础.重庆：重庆大学出版社，1996

[2]刘贤兴.电力拖动与控制．北京：机械工业出版社，2003

[3]高压固态软起动器使用说明书．株洲变流技术国家研究中心有限公司，2008