吳 成 錢惠明 周 瓏

（1. 寧波鋼鐵有限公司余能發(fā)電廠，浙江 寧波，315800；2. 百超（上海）精密機床有限公司，上海 201702）

1 系統(tǒng)工況介紹

各種生產(chǎn)機械電力拖動系統(tǒng)采用高壓大功率繞線型異步電動機較為普遍，尤其在冶金、礦山、石化等行業(yè)風機、水泵、破碎機等機組中更是比比皆是。這些高壓大功率電動機在起動過程中，由于起動電流過大（一般是額定電流的 3～8倍），往往造成系統(tǒng)電壓下降，引起系統(tǒng)電壓波動，嚴重影響電網(wǎng)供電質(zhì)量，甚至導致供電網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備停機，影響生產(chǎn)。寧波鋼鐵集團有限公司全廠余熱回收發(fā)電項目1×18MW一期工程循環(huán)風機主軸電動機額定電壓為 10kV，功率為 3800kW，額定電流為260A，要求在起動過程中10kV母線壓降不能大于15%，最大起動電流控制在750A以下，起動時間控制在 10～100s且可調(diào)，起動電流參數(shù)可控制，并可根據(jù)現(xiàn)場實際工況隨機進行調(diào)整。如何選擇經(jīng)濟、適用、可靠的起動方式和設(shè)備是廠方首要研究解決的問題。

2 起動方式選擇

當前，繞線型電動機常用的起動方法有：頻敏變阻起動、串電阻多級起動、液態(tài)電阻軟起動。以下對三種起方式進行綜合分析比較。

1）頻敏變阻起動是將繞線式電動機轉(zhuǎn)子回路通過滑環(huán)、碳刷引入地面的頻敏變阻起動柜內(nèi)，在電動機起動時串入頻敏變阻器，隨著電動機轉(zhuǎn)速的增加，轉(zhuǎn)子電流頻率的降低，頻敏變阻阻抗逐步減少，達到連續(xù)限制電動機起動電流的目的。電動機起動結(jié)束后還需通過接觸器或短路環(huán)將頻敏變阻短接。由于頻敏變阻器實際上是一個電感元件，它會降低電動機的功率因數(shù)，因此，這種起動方式一般用在對起動轉(zhuǎn)矩要求不太高的風機、水泵、空壓機和球磨機機組。

2）串電阻多級起動也是將電動機轉(zhuǎn)子電流引入起動柜內(nèi)，通過時間、電流或凸輪控制器改變電阻的大小，達到增加電動機起動轉(zhuǎn)矩、減少起動電流的目的。它的最大優(yōu)點是由于串入轉(zhuǎn)子回路是純電阻，功率因數(shù)較高。但這種起動方式控制復雜，起動過程中需頻繁切換電阻，造成多次沖擊電流，因此，它通常只用在對起動轉(zhuǎn)矩要求特別高的起重機、軋鋼機等設(shè)備上。

3）液態(tài)電阻軟起動是將液體電阻串入電動機的轉(zhuǎn)子回路，通過伺服電動機改變極板間距，從而改變液體電阻的大小，達到無級連續(xù)調(diào)整電動機起動轉(zhuǎn)矩和起動電流的目的。它與凸輪控制器改變電阻相比，特點是起動參數(shù)可調(diào)，起動電流小，對電網(wǎng)電壓無沖擊；與變頻器相比，該類起動設(shè)備操作維護簡便，性價比高。

發(fā)電廠通過對幾種起動方式的比較分析，認為液態(tài)電阻軟起動是最適合循環(huán)風機 10kV、3800kW高壓大功率繞線型電動機起動的起動方式，并最終選用了追日電氣開發(fā)的自動電液變阻起動控制裝置。

3 液態(tài)軟起動技術(shù)應(yīng)用研究

電液軟起動的工作原理為，在被控繞線型異步電動機的轉(zhuǎn)子回路中竄入一特制的液體電阻器，該液阻隨著電動機的起動而自動投入，在預定或可控的時間內(nèi)控制液阻阻值由大變小逐漸趨于零，從而使電動機在最小起動電流和最大起動轉(zhuǎn)矩的情況下均勻升速，平穩(wěn)起動，起動結(jié)束后接觸器短接轉(zhuǎn)子回路。

圖1 電液變阻起動裝置一次原理圖

液體電阻串入轉(zhuǎn)子的方法不屬于降壓起動，它可以在限制起動電流的同時，增加電動機的起動力矩，這是其突出優(yōu)點。在起動過程中，適當?shù)乜刂齐娮柚档南陆德?，有可能在起動的全過程中保持恒定的大起動力矩。

自動電液變阻起動控制裝置采用特殊的耐高壓絕緣材料制成三相獨立的電液箱，其內(nèi)部由一組特殊的固定電極和活動電極組成極板對，極板對和動、定電極之間的電液組成液體電阻。動電極通過一套絕緣的傳動裝置相連接，使得三相電阻在高壓、大電流情況下可以無級自動切換，從而組成可變電阻，起動過程平滑、無沖擊。

控制回路采用PLC進行邏輯控制，針對不同工況要求，液態(tài)電阻的動電極初始位可隨機調(diào)整，以及切換液態(tài)電阻的電動執(zhí)行器速率可隨機調(diào)整，使得液態(tài)電阻的阻值及變化速率均可根據(jù)系統(tǒng)負載的實際情況進行自動調(diào)整，從而充分發(fā)揮了液態(tài)電阻可無級切換及現(xiàn)場可隨機調(diào)整的優(yōu)勢。PLC對起動運行全過程進行保護監(jiān)控，監(jiān)測起動過程中液阻及電動機動態(tài)參數(shù)，控制極板運動、電動機的短接，保證系統(tǒng)的可靠性。PLC系統(tǒng)還能夠與主工藝控制系統(tǒng)直接通訊，實現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化管理，方便實現(xiàn)智能化控制升級。

針對大功率電動機在起動過程中液態(tài)電阻隨溫升而發(fā)生變化及受氣溫變化而影響起動效果的問題，一方面，在起動裝置設(shè)計中充分考慮系統(tǒng)的熱容量使液箱容積適當，保證單次電液溫升控制在允許值內(nèi)，并通過檢測電液的溫度自動選擇初始電阻位置（即自動確定初始位），保證在不同溫度下起動性能趨于一致，這樣就有效克服了因電液散熱不及時或氣溫的變化導致液體電阻的變化；另一方面，通過檢測起動電流來控制動電極的運行速率，達到恒流起動的目的，這樣大大改善了起動性能，使電液的溫升對起動的不利影響得到有效控制。

4 應(yīng)用效果

自動電液變阻起動控制裝置投運后，起動電流控制在額定電流的1.3倍以內(nèi)，起動時間為9～35s，預整定、可調(diào)，可連續(xù)起動6次，而電液正常工作溫度控制在70℃以下。

電動機起動過程中，起動電流逐漸上升，隨著電液電阻均勻減小，電流逐漸增大，轉(zhuǎn)速平滑上升，當電流增至 500A并維持了幾秒鐘時電動機轉(zhuǎn)速己接近額定轉(zhuǎn)速，在電阻切除瞬間有毛刺電流峰值達800A，然后電動機電流迅速下降到 200A，整個起動過程共用了33s（見圖2、圖3）。起動過程中母線壓降基本為3%以內(nèi)，各項實測數(shù)據(jù)表明所有參數(shù)符合設(shè)計要求，在整個起動過程中機械設(shè)備和電氣設(shè)備均沒有受到起動電流的沖擊（風機風門開度7%）。

圖2 轉(zhuǎn)速、電流起動變化曲線

圖3 電網(wǎng)電壓起動變化曲線

5 結(jié)論

應(yīng)用實踐證明，液體變阻軟起動裝置對工況及電網(wǎng)的環(huán)境要求不高，對電網(wǎng)不會產(chǎn)生高次諧波污染，與其他同類設(shè)備相比具有明顯的優(yōu)勢。系統(tǒng)自身集成控制發(fā)出聯(lián)機信號，自動化程度高，一般技術(shù)人員進行短期培訓即可自行操作維護，操作維護安全方便，不僅滿足了生產(chǎn)需要，而且減少了投資，節(jié)省了維護費用，可取得良好的經(jīng)濟效益。不同行業(yè)的高壓大功率繞線型電動機起動都有相似之處，液體軟起動技術(shù)可因地制宜地應(yīng)用到各類工程中，尤其是冶金企業(yè)的礦山破碎機、煤粉球磨機、制氧機等大型重載設(shè)備，其大功率電動機均可采用該技術(shù)。