軟起動技術(shù)在水利泵站中的實踐應(yīng)用

■王慶龍 ■阜陽市水利建筑安裝工程公司，安徽 阜陽 236000

最近，隨著農(nóng)業(yè)用水、城市生活用水以及工業(yè)用水的項目的不斷的增加使得國家投入越來越多的經(jīng)費在大型泵站的建設(shè)上，提高建設(shè)大型泵站的技術(shù)要求變得迫在眉睫，而泵站建設(shè)的核心要求就是使得其運行效率得到提高的同時盡可能的降低水泵起動對電網(wǎng)電壓的影響，給水泵的運行提供一個穩(wěn)定的電壓電流環(huán)境，該項技術(shù)便是軟起動技術(shù)。

1 軟起動的介紹

目前國內(nèi)有很多水利泵站在使用交流鼠籠異步電動機。但異步電動機最大的一個缺點就是在起動時電流、電壓會突然變化，在這種情況下如果電機的容量比較大，就會對其周邊的電氣設(shè)備的正常運行產(chǎn)生影響，長時間下去不僅使電機本身的性能、壽命大打折扣，也會減少附近設(shè)備的壽命，降低水泵站運行效率，增加經(jīng)濟成本。

為解決上述問題水利泵站引入了一種最近十幾年才面世的一種新技術(shù)即軟起動技術(shù)。軟起動技術(shù)的工作原理與舊的電機的起動方式最大的差別在于電動機在起動過程中電壓、頻率、轉(zhuǎn)速的增加是慢慢的增加至額定值，整個電動機的起動過程都避免了沖擊轉(zhuǎn)矩，使得電機平滑的起動運行。軟起動技術(shù)的優(yōu)點不僅于此，起動方式的多樣性可以滿足泵站水泵機組的起停要求。如:在負載變化的條件下就可以選擇雙斜坡起動方式，該起動方式可以可以有效的調(diào)節(jié)初始轉(zhuǎn)矩以及斜坡時間從而適應(yīng)變化的負載;在齒輪、皮帶磨損嚴重的環(huán)境下可以選擇軟起動方式，改起動方式提供無極的平的電機加速有效降低磨損程度;在電機加速期間電流沖擊比較嚴重的場合下，限流起動方式就可以有效的起到防止電流過大的效果。除此之外，軟起動裝置還有一項功能:軟停機功能，該功能目的是通過在電機停機時利用軟停機功能增加電機從工作狀態(tài)到休止?fàn)顟B(tài)這一過程的時間來減小液流溢出。總之，軟起動技術(shù)能夠完全滿足水利泵站中的各種需求。

軟起動的特點:軟起動技術(shù)作為全新的工業(yè)控制技術(shù)具有很多傳統(tǒng)控制技術(shù)所不具備的優(yōu)點，如:起動轉(zhuǎn)矩大而起動電流不大;起動平穩(wěn)等優(yōu)點。軟起動技術(shù)在水利泵站中的具體優(yōu)點如下:(1)軟起動器引入了電流閉環(huán)控制，使電機在起動過程中保持恒定的電流設(shè)定值，降低了對電網(wǎng)的干擾。(2)運用計算機連接技術(shù)，實現(xiàn)局域網(wǎng)直接監(jiān)控(3)增加水泵關(guān)閉時間，最大可能的減少水錘效應(yīng)。(3)由于電網(wǎng)所受電流沖擊較小，有效的延長電機本身和周邊電氣設(shè)備壽命。(4)參數(shù)可調(diào)(5)具有很強大的保護體系，集過壓、過流、過載、短路、過熱保護與一體。(6)全自動化控制使得操作不需要很多技巧簡單易懂，調(diào)試正常后便可直接運行。

2 目前軟起動技術(shù)在水利泵站中的實踐運用

2．1 軟起動技術(shù)有效減小泵站的水錘影響

水錘指的是一種水擊作用，水錘伴隨著液體壓力的驟變而產(chǎn)生。在水利泵站中，如果沒有緩沖而使電機工作突然停止，揚水管道的逆止閥等控制閥門便會立馬關(guān)上，壓力驟變便在管道中的液體中產(chǎn)生繼而也就產(chǎn)生水錘。水錘對于管壁的強烈沖擊會導(dǎo)致管壁的破壞。因此，防止水錘的產(chǎn)生十分有必要。下面通過運用流體力學(xué)知識來解釋軟起動技術(shù)中的軟停止技術(shù)是如何來杜絕水錘的產(chǎn)生。流體力學(xué)公式:當(dāng)TZ＜T時(其中TZ為閥門關(guān)閉時間、T為水錘波相長)，其壓力增值P=ρCV0(ρ是密度，V0為液體在管道流動的平均速度，C為水錘在液體中的平均速度)。當(dāng)TZ=0時，水錘施加于管道的壓力最大為△P。當(dāng)TZ≠0(＜T)時，整個管道中只有管道的某一部分才會承受水錘所產(chǎn)生的最高壓力△P。對于普通的鋼制管道，當(dāng)V0=1m/s時，△P可達1MPa。當(dāng)TZ＞T時，其P=(ρCV0T)/Tz。上式所得:TZ和P成反比，TZ增大能夠有效的減小△P，從而減少水錘造成的破壞。軟停止技術(shù)的核心就是延長水泵停止時間，使得其轉(zhuǎn)速慢慢下降，繼而延長閥門關(guān)閉時間降低水錘壓力。

2．2 軟起動技術(shù)有效的減小了對負荷和電網(wǎng)的沖擊

軟起動技術(shù)成功的遏制了在電機起動過程中電流的突變，，使得對電網(wǎng)電流為零，相比于其他的起動方式，軟起動技術(shù)明顯延長了用電(供電)設(shè)備的使用壽命。圖1為常見的各種起動方式起動特性的比較曲線。另外，軟起動還有一個特點，就是在起動過程中電流的變化的加速度和起動時間的快慢都可以人工進行控制。如果，我們使電流上升速率的曲線和起動水泵時軸所需要的力矩曲線相一致。這樣，在電機起動過程中轉(zhuǎn)動力矩對負荷的沖擊作用同時也省去不少無用功。

2．3 實現(xiàn)泵房自動化的基礎(chǔ)是軟起動技術(shù)

目前，以軟起動技術(shù)為主要技術(shù)所研發(fā)的電動機控制中心控制柜在不斷的改進和拓展后不僅能夠滿足一般電機所要求的安全環(huán)境，而且還實現(xiàn)了多種復(fù)合功能。主要有:(1)過電流保護(通過軟起動器中的電流控制環(huán)來跟蹤電流，加之增加過載電流設(shè)定從而防止電流過大情況的發(fā)生);(2)過電壓、欠電壓保護;(3)缺相保護(4)溫度保護(添加傳感器通過傳感器來對溫度進行實時檢測)。進行拓展后的電動機控制中心控制柜可根據(jù)不同的情況來選擇不同參數(shù)的水泵運行。

3 經(jīng)濟效益分析

水泵機組采用傳統(tǒng)的降壓時，避免不了購買相應(yīng)的接觸器、開關(guān)、保護裝置來形成一套機組控制操作系統(tǒng)。下面舉例對傳統(tǒng)的自耦變壓器起動與新型的軟開關(guān)技術(shù)起動進行對比。假設(shè)某地水泵站130千瓦電動機配用自耦變壓器QZB-135kW，單獨就該設(shè)備而言，其價格不是很高只要2400元左右，但是算上保護設(shè)備、開關(guān)設(shè)備等一整套機組的控制動力柜那價格便增加至一萬元左右。對軟起動裝置而言，其本身的作用就是集起動設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、保護設(shè)備于一體，一套軟起動裝置完全可以代替自耦變壓器以及一整套由自耦變壓器起動的機組動力柜，因此大約1．2萬元的價格已和前者相差無幾。其次，傳統(tǒng)的自耦變壓器的起動避免不了硬停車現(xiàn)象，這也使得設(shè)備的維修費增加。另外，對于對于自耦變壓器的起動而言水泵越大其流量越大顯然維護管理費就隨之增加，例如，某水利泵站8900ZLB-135水泵配套8臺JSL138-12電機，采用傳統(tǒng)起動方式要比軟起動方式每年多出基礎(chǔ)設(shè)施維修費2萬元和電氣設(shè)備維修費3萬元。由此可知，軟起動技術(shù)具有十分可觀的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

世界經(jīng)濟與科技的高速發(fā)展為計算機技術(shù)、電氣工程、微電子技術(shù)的良好的發(fā)展背景。相信在不久的將來，軟起動技術(shù)大型中的應(yīng)用會愈發(fā)的廣泛，該項技術(shù)也會在廣泛的實踐中越來越成熟，有著無限美好的前景。希望更加成熟的軟起動技術(shù)給越來越多的水利泵站更加優(yōu)質(zhì)的技術(shù)支持。

［1］顧繩谷．電機與拖動［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2009．

［2］周鱷．電機學(xué)［M］．北京:水利電力出版社，2011．

［3］金墨，齊永杰．電機軟起動器的探討［J］．變頻器世界，2010(11)．