泵站高压电机装置启动方式研究

杨卫健

摘 要：高压电机的软启动以其对电机损害小，能够延长机组使用寿命等优点，得到了快速的发展。本文结合某泵站工程实例，对各种高压电机装置軟启动方式进行了介绍，并分析比较了各种软启动的工作原理及技术特点，最终选择了适合本工程的晶闸管高压软启动方式。

关键词：泵站；电机；软启动装置

0 引言

随着我国经济的快速发展及工业化进程的不断加快，高压电机在各类企业及工程中的应用也越来越多，高压电机的启动方式也日益受到重视。在高压电机启动中，直接启动高压电机，会导致电网电压的急剧下降，对电网中其他电器设备的正常运行造成影响，同时还会引起电机过热，对电机造成损害，缩短电机的使用寿命。而高压电机的软启动能够减少对电网的冲击，延长机组的使用寿命，得到了越来越广泛的应用。

1 软启动装置分类

软启动指在电动机启动过程中，电压由零慢慢平滑、无级地提升到额定电压，其全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。软启动装置是一种集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新型电机控制装置。可分为有级和无级两类。传统的软启动均是有级的，如星/角变换软启动，自耦变压器软启动、电抗器软启动等。

2 各种软启动装置简介

（1）高压变频软启动器：通过利用现代变频调速SPWM技术，在保持电机为恒定的情况下启动，可以在限流同时保持高的启动转矩。其启动性能很好，是比较理想的一种软启动装置，价格贵是制约其推广应用的主要因素。

（2）磁控软启动：从电抗器软启动衍生出来的，用三相电抗器串在电动机定子上实现降压是两者的共同点，磁饱和软启动不同于电抗器软启动的主要区别是其限流作用的强弱变化可控。

（3）高压液态电阻软启动：采用高压液态电阻软启动装置，可无级控制，启动性能好、价格低廉，但液阻箱容积大，必须定期补水，受环境影响大，且制作、运输、安装困难。

（4）晶闸管高压软启动将电力电子技术和微机控制技术应用在软启动器上，以晶闸管和控制电路为主电路、以单片机为中央控制器来完成测量及各种控制算法，使软启动器具备很强的功能和灵活性，达到全方位的软启动器性能，同时还能实现直接计算机通讯控制。

3 不同软启动装置比较

不同软启动装置比较情况见表1。

表1 高压电机软启动装置比较

4 晶闸管高压软启动

4.1 晶闸管高压软启动装置概述

软启动装置以计算机控制技术和电力电子技术相结合，主回路的开关元件采用高压大功率晶闸管，通过改变晶闸管的导通角来控制电动机启停电压的平稳升降和无触点通断，实现电动机的平稳启停。

4.2 晶闸管高压软启动装置技术特点

（1）串联晶闸管设有可靠的静态、动态均压保护措施，具有技术先进、结构紧凑、安全可靠、维护方便等特点。

（2）采用先进的光纤传输技术、电流变换技术，对晶闸管的触发检测与低压控制回路之间进行有效控制。

（3）采用双CPU结构，以16位数字信号处理器DSP执行核心控制，使设备控制实时高效、稳定性好。

（4）采用信号多级处理及隔离技术，系统具有很强的抗干扰能力。

（5）控制系统能准确地采集高压主回路的同步信号和电流信号，有效地实现闭环控制。

（6）软启动装置具有旁路功能，启动完成后自动切到旁路运行，并能提供实时监控和保护信号。

（7）软启动装置具备自检、保护功能。如：缺相及欠压保护、可控硅组件保护、启动超时保护、三相电流不平衡保护、运行过流保护、电源过压保护、联锁控制保护，分别输出无源硬接点，送至后台监控。

（8）软启的控制回路能满足设计需要，通过转换开关可顺利地在“软启动/直接启动”之间切换。其中旁路真空开关具有机械保持的操作机构，能直接启动交流电动机。

（9）显示。显示屏为LCD，具有背光、屏幕保护功能；采用中文显示，菜单操作简单，人机界面良好。

4.3 控制原理与技术性能

4.3.1 控制原理

控制原理如图1所示。

图1 控制原理

4.3.2 技术性能

（1）采用先进的光纤传输技术，实现高压晶闸管的触发检测与低压控制回路之间的隔离。

（2）采用双CPU结构。用先进的数字信号处理器DSP执行核心控制，用单片机对数据及通信进行管理，使设备控制实时高效、显示直观、可靠性高、稳定性好。

（3）采用信号多级处理、隔离技术，使系统具有很强的抗干扰能力。

（4）采用大屏中文显示、薄膜按键设置的控制器，操作简单，人机界面良好。

（5）具有RS—485标准接口，可与上位机或集中控制中心进行通讯。

4.3.2.1 控制方式可选

（1）斜坡电压控制。给予一定的初始输出电压U0和软启时间，软启按设定的起始电压开始工作。电机在启动过程中，电压随时间线性上升，直至电机达到额定转速，软启检测到电流下降，发出旁路信号，启动过程完成。初始电压U0为全电压的20%～85%，大小可随负载类别而调整，重负载初始电压适当高一些。

（2）限流控制。给予一定的限流系数I0（限流系数指电机额定电流的倍数），电机在启动过程中，按限流控制方式输出电压，电机启动电流限制在Imax内，直至电动机完成启动。

（3）恒压控制。给予一定的输出电压U0，当电压被限制在恒压值U0时，电压将被限制在一定范围内，在限制的时间内，电流平稳上升，直至电动机完成启动。

（4）软停控制。使电机从额定转速线性平稳地下降为零即为“软停车”。通过控制晶闸管的“导通角”即可实现“软停车”功能，可防止“水锤”效应。

4.3.2.2 启动方式可选

（1）现场按钮启动。从软启装置控制界面选择“现场按钮启动”菜单，启动和停止信号由外部送入。启动信号要求是自复位式无源常开触点（如有特殊要求需在运行设计时指明）。

（2）键盘按键启动。从软启装置控制界面选择“键盘按键启动”菜单，电机的启动和停止均可从软启动装置的控制键操作。

（3）上位机遥控启动。从软启装置控制界面选择“上位机遥控启动”菜单，通过RS485通讯接口与上位机进行通讯，电机的启动和停止均由上位机控制。

（4）组合启动。从软启装置控制界面选择“组合启动”菜单，“外部按钮启动”、“上位机遥控启动”、“键盘按钮启动”三种控制方式均可以对电机进行启停控制。

5 结语

综上所述，高压电机的软启动克服了电机直接启动的弊端，限制了启动电流和电压，并降低了对电机的损害，得到了越来越广泛的应用。在工程高压电机软启动方式选择中，相关技术人员要综合分析、评价各种软启动方式的工作原理、技术特点及经济可靠性，选择最适合的软启动方式，从而提高工程的社会经济效益。

参考文献

[1]胡泽旸.开关变压器式高压电机软启动装置的运用分析[J].建材与装饰.2016（01）.

[2]朱大江.6kV高压电机软启动系统的设计与研究[J].中国新技术新产品.2014（05）.