摘要：介紹目前泵站水泵直接起動出現(xiàn)的問題，淺析現(xiàn)電動機起動的幾種方式，根據(jù)泵站的實際情況，選擇恰當?shù)钠饎臃绞?，分析運用新的起動方式泵站可能的運行情況。
　　關(guān)鍵詞：直接起動 起動電流 起動力矩 水錘 軟起動 可控硅
　　中圖分類號：TV61 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)10(b)-0000-00
　　
　　1、峽南泵站概況
　　福清市閩江調(diào)水工程取水頭部—峽南泵站，位于閩侯縣峽南村。峽南泵站目前一期總裝機容量為3400KW水泵機組，其中有一臺單機容量為1800KW的立式離心水泵機組，兩臺單機容量為800KW的臥式離心水泵機組，另預留規(guī)劃中二期總裝機容量為5400KW的三臺單機容量為1800KW立式水泵機組的機位，視實際情況決定是否安裝投產(chǎn)。
　　峽南泵站供電是由閩侯縣蘭圃變電站通過泵站二回342線路（35KV專用線路）向泵站供電，經(jīng)站內(nèi)容量為6300KVA主變壓器變壓為6KV供給電動機，35KV及6KV母線均采用單母線分段，配電裝置為JYN35KV和JYN6KV開關(guān)柜。
　　
　　2、峽需泵站目前的運行情況
　　目前泵站的電動機起動方式采用直接起動，出現(xiàn)了一些問題，現(xiàn)就對出現(xiàn)這些問題進行分析總結(jié)：
　　1）對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊：由于站內(nèi)電動機功率大，直接全壓起動會產(chǎn)生短時的沖擊電流，對電網(wǎng)大系統(tǒng)沖擊很大；同時，還可能引起繼電保護和自動裝置誤動，儀表指示和計量不準以及通信受干擾等一系列問題，對自身系統(tǒng)也是個沖擊。
　　泵組起動時，電壓驟降，照明瞬間變暗，為確保系統(tǒng)運行安全，閩侯縣電業(yè)局調(diào)度中心規(guī)定，泵站機組起動時要申請要得到縣調(diào)許可，要避峰起動，經(jīng)常是在午夜零點過后才允許起動，影響了調(diào)水的效率。
　　2）對設(shè)備的沖擊：電動機起動時，大電流對繞組上的過大電磁力直接引起的扭矩過大，擺度很大，噪音很大，振動很大，會造成定子繞組接頭開焊、轉(zhuǎn)子鼠籠斷條等缺陷。
　　起動時，由于產(chǎn)生短時間的起動電流，在接近額定轉(zhuǎn)速時，單位電流的力矩很大，產(chǎn)生沖擊轉(zhuǎn)矩，管內(nèi)壓力不平衡，形成水錘，致使泵組振動厲害，現(xiàn)在是靠人工通過電動閘閥的開度來增加阻力，消除起動水泵時產(chǎn)生的水錘，但不符合自動化設(shè)計要求，人工調(diào)整開度，不會很準確，也會產(chǎn)生水錘，另外水力沖擊對電動閘閥也造成傷害。
　　停機時，隧洞里的水一方面在重力的作用下回流，另一方面管里的水因慣性而繼續(xù)流動，從而引起水力沖擊產(chǎn)生水錘，致使水泵振動。
　　經(jīng)過此段時間的運行，由于起動、停機時擺動大，泵組及輔機和相關(guān)設(shè)備的出現(xiàn)許多故障，如前年3#立式泵由于振動大，水泵軸承處黃油漏光，導致軸溫過熱變形只能進行大修，整體拆卸變形軸運回廠家重新修正；1#臥式泵由于起、停振動大，經(jīng)常導致軸承蓋松動，再次起動后軸承處摩擦厲害，軸承由于溫度過高爆裂，軸承蓋也損壞；還有3#立式泵的冷卻水管由于振動大，經(jīng)常爆裂；液控閘閥也由于水錘振動大經(jīng)常漏油等問題。
　　另外由于調(diào)峰運行和福清用水的不規(guī)律，電動機的起停次數(shù)增加，更增加了設(shè)備的故障率，縮短了檢修周期和設(shè)備的使用壽命，增加了檢修費用和人工成本，由此造成的經(jīng)濟損失也相當可觀。
　　3）由于福清建有調(diào)節(jié)水庫，當水位達到一定的高程時，壓力增大時，水泵的阻力也增大，水泵的揚程增大，水泵的轉(zhuǎn)速降低，出水量也隨之減少，水泵效率降低。
　　4）考慮江陰開發(fā)區(qū)和平潭的發(fā)展，泵站另三臺立式水泵（1800KW）也有可能即將建設(shè)投入運行，到時無論是對電網(wǎng)大系統(tǒng)的壓力還是確保運行的安全可靠性，直接全壓起運動都是個問題，對泵站的水泵運行方式進行技術(shù)改造勢在必行。
　　3、傳統(tǒng)起動器
　　傳統(tǒng)電動機通常采用直接起動、降壓起動。
　?。?）電動機在全壓下直接起動具有起動力矩大，轉(zhuǎn)矩增加快的特點，但起動電流大，其起動電流及電動機的機械特性如圖2所示。
　　
　?。?）降壓起動：
　　1）Y/△控制起動：電動機的定子繞組三相接為Y（星）形，每相繞組的電壓為額定電壓的，此時電動機的起動電流減少，起動轉(zhuǎn)矩也小，運轉(zhuǎn)正常后，通過起動器自動或手動將電動機定子三相繞組接線變換為△（三角）形，每相繞組的電壓升為額定電壓后可正常工作。
　　2）自耦變壓器起動：在電動機的控制電路中，利用自耦變壓器降低電源電壓，以減少起動電流。自耦變壓器輸出側(cè)有不同的電壓抽頭，可借助調(diào)節(jié)電動機起動電壓，以達到降低起動電流，電動機起動后可逐漸調(diào)節(jié)至額定電壓。
　　3）串電抗起動：串電抗起動為在電動機的電源電路中設(shè)一串接電抗線圈旁路，電動機起動時，通過電抗線圈降壓，以減少起動電流，電動機轉(zhuǎn)動后，甩掉電抗線圈，切換為全電壓運行。
　　4）串電阻起動：串電阻起動的工作原理與串電抗起動相似，其區(qū)別是在電源電路中串接電阻元件，電動機起動時，通過電阻元件降壓，以減小起動電流。
　　傳統(tǒng)起動器價格低廉，通過降低電動機的起動電壓來降低起動電流，起動方式采用分步跳躍上升的恒壓起動，由于電動機的起動力矩與所加電壓的平方成正比，所以降壓起動只適用于空載或輕載起動的設(shè)備，只有起動轉(zhuǎn)矩大于阻力轉(zhuǎn)矩才能順利起動；此外，起動過程中存在二次沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩，而且接觸器故障多、電動機沖擊電流大、沖擊轉(zhuǎn)矩大、沖擊力矩也大，效率低。
　　4、現(xiàn)代起動器
　　現(xiàn)代起動器主要有串可變電阻、變頻調(diào)速及可控硅調(diào)壓軟起動器三種軟起動器方案。其中，串可變電阻起動器穩(wěn)定性不夠，體積大，維修工作量大；變頻器調(diào)速軟起動器價格昂貴，常用于控制要求起動轉(zhuǎn)矩較大的中壓電動機；可控硅調(diào)壓軟起動器的價格略高于串可變電阻起動器和Y/△起動器，系統(tǒng)工作時對電網(wǎng)無過大沖擊，可大大降低系統(tǒng)的配電容量，機械傳動系統(tǒng)振動小，起動、停車平滑穩(wěn)定，可提高電動機的使用壽命和經(jīng)濟效益。
　?。?）串可變電阻（熱變阻或液體變阻）起動器：
　　1）高壓熱變電阻器由平衡的三相具有負溫特性的電阻組成。當該電阻通入電流時，電阻體溫度逐步升高而電阻值逐步減小，從而使電動機端電壓逐步升高，起動轉(zhuǎn)矩逐步增加，以實現(xiàn)電動機平穩(wěn)起動且降低起動電流的目的。熱變電阻器受環(huán)境溫度的影響比較大，對連續(xù)起動次數(shù)有限制，熱變電阻器也不可靠，容易損壞。
　　2）液體電阻式靠極板的移動和大電流使水汽化（極板表面）形成高電阻改變液體的電阻來控制起動電流（電壓），而液變電阻是靠摻入雜質(zhì)的多少、極板的大小及大電流使極板附近的水汽化產(chǎn)生的高電阻來控制起動電流，二者都是串在定子回路中。
　　水電阻和液變電阻式軟起動裝置受環(huán)境溫度的影響比較大，主要是由于對汽化電阻的影響較大，因此起動電流控制不準確，另外二者在起動時會產(chǎn)生很大的能量損耗，使水溫迅速升高，所以對連續(xù)起動次數(shù)是有限制的。
　　液變電阻軟起動裝置以電流為調(diào)節(jié)變量，由于液變電阻受環(huán)境溫度的影響較大，有時會發(fā)生汽化電阻太大，起動電流不能達到此最大值的情況下，這時電動機會長時間達不到額定轉(zhuǎn)速，造成起動失敗，如果需第二次起動時則必須等待降溫，可能要幾個小時，效率比較低。
　　水電阻式軟起動裝置由于極板是移動的，不會產(chǎn)生上述的問題，但是水的汽化壓力會使極板劇烈振動，使其壽命縮短，大大功率電動機的情況下，這個問題將變得非常嚴重。
　　用水電阻起動電動機時，水電阻串在電動機的末端，產(chǎn)生操作過電壓的情況與直接全壓起動的情況時一樣的，會對電動機的絕緣造成很大傷害。
　　（2）變頻調(diào)速軟起動器
　　
　　變頻調(diào)速軟起動器是通過改變頻率來帶動電動機從零速開始起動，逐漸升壓升速，直至頻率達到工頻50Hz，定子繞組電壓也達到額定電壓，電動機轉(zhuǎn)速也達到其額定轉(zhuǎn)速。
　　變頻軟起動的優(yōu)點是由于采用電壓/頻率按比例控制方法，所以不會產(chǎn)生過電流，并可提供等于額定轉(zhuǎn)矩的起動力矩，特別適合于需重載或滿載起動的設(shè)備。采用變頻器控制的電動機具有良好的動態(tài)、靜態(tài)性能，在低速也可以任意調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)矩，起動轉(zhuǎn)矩高達150%的額定轉(zhuǎn)矩。它可以恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩起動電動機，起動電流可限制在150%的額定電流以內(nèi)，可以實現(xiàn)自由停車、軟停車、泵停機等，在運行中可根據(jù)負載情況調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，提高電動機的效率，節(jié)省電能。
　　如果變頻器僅僅承擔軟起動的任務(wù)時，不作為調(diào)速來運行的話，則在變頻器帶動電動機達到額定轉(zhuǎn)速后，就要將電動機切換到工頻電網(wǎng)直接供電運行，變頻器可以再去起動其他的電動機，這樣可實現(xiàn)一臺變頻器拖動多臺電動機。
　?。?）可控硅軟起動器
　　現(xiàn)代可控硅軟起動器主要由串接于電源與被控電動機之間三對反并聯(lián)的大功率可控硅調(diào)壓電器構(gòu)成，是用微電腦自動控制的可控硅交流調(diào)壓器，利用三對可控硅的電子開關(guān)特性，通過微電腦控制其觸發(fā)脈沖的三相電壓大小。異步電動機一方面轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方近似成正比，另一方面電動機的電流與定子電壓成下比。所以采用大功率可控硅做主回路開關(guān)元件，通過改變可控硅的導通角來實現(xiàn)電動機電壓的平穩(wěn)升降和無觸點通斷，以滿足不同的負載起動特性。
　　電動機起動過程中，可控硅的導通角逐漸增大，定子繞組端電壓也逐漸增大，電動機從零開始加速，直到可控硅全導通，從而實現(xiàn)電動機的無級平滑起動，起動電流可根據(jù)負載和工況任意設(shè)定，相反可通過可控硅的導通角逐漸減小實現(xiàn)電動機的軟停車，減少水錘的影響。
　　起動器還能自動監(jiān)視電動機的功率因數(shù)和負載情況，經(jīng)過計算來決定電動機的運行電壓，以便提高電動機的功率因數(shù)，使其以最小電流運行，降低損耗，提高效率，所以它是實現(xiàn)電動機精確控制，替代傳統(tǒng)起動器的理想選擇。
　　當電動機達到額定轉(zhuǎn)速后，通過真空接觸器來取代已完成起動電動機的軟起動器裝置，以降低可控硅的熱耗，提高系統(tǒng)效率，在這種模式下用一臺軟起動器裝置可起動多臺電動機。
　　5、結(jié)論
　　通過上述對幾種電動機起動器的比較，用可控硅軟起動器和變頻調(diào)速軟起動器來實現(xiàn)電動機的軟起動和軟停車，效果都比較好。
　?。?）可選用變頻器和可控硅軟起動器結(jié)合的方案：一臺由變頻器控制作為調(diào)速泵，另兩臺作為定速泵，由可控硅軟起動器來拖動。
　　因為高壓變頻器的價格昂貴，若都采用變頻器一拖一起動的話，投資太大，也沒有這個必要，因為福清已建有調(diào)節(jié)水庫，泵站起動時不需要全容量轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，故只用一臺變頻器拖動一臺調(diào)速泵運行，同樣也可實現(xiàn)全容量范圍的恒壓供水，其他兩臺定速水泵可由一臺可控硅軟起動器切換來實現(xiàn)水泵的軟起動和軟停車，現(xiàn)在可控硅軟起動器可實現(xiàn)國產(chǎn)化，價格僅為變頻器價格的15%~20%左右，由它來控制其它泵的起停，這樣不僅使水泵的效率得到充分的提升，節(jié)省電能，也可以避免了變頻器的頻繁切換操作，系統(tǒng)可靠性大大提高。
　　（2）為節(jié)約投資，可選用一臺軟起動器來拖動三臺泵，通過真空接觸器來切換實現(xiàn)三臺泵的軟起動和軟停車，但若作為長期運行，其效率不高，不能節(jié)約能源。
　　目前由于泵站還未能實現(xiàn)正常的運營，只是為了短期實現(xiàn)任務(wù)而運行設(shè)備，可以先投資一臺可控硅軟起動器來拖動泵組的軟起動和軟停車，其接線圖如圖3所示。
　　
　　若泵站現(xiàn)有的三臺泵組由一臺可控硅起動器來依次起動，在正常情況下，又可依次實現(xiàn)三臺泵組的軟停車，電動機的起動電流減小，對泵組的沖擊減少，若經(jīng)過精確計算，也可消滅水錘現(xiàn)象，泵組的振動減小，也減小對設(shè)備的破壞作用，泵站的運行檢修費用也比現(xiàn)在全壓起動大大減少，各種設(shè)備的壽命也更長，性能也會比全壓起動的好。
　　無論是選擇哪種方案，都要本著節(jié)能降耗的目的，并考慮泵站現(xiàn)有的設(shè)備、空間位置和二期另三臺立式泵組投產(chǎn)后的情況，對泵站進行技術(shù)優(yōu)化改造。