高壓固態軟起動器的應用實例

喬治

摘要：煤礦機械輸送裝備具有電壓高、功率大的特點，當產品進行試車試驗時，即使是空載也會對電網造成沖擊。為此，本文介紹使用高壓電動機固態軟起動裝置應用于試車試驗的改造實例，通過改變電機的起動方式，能夠有效地避免因電動機起動電流過大給電網造成的有害沖擊，能夠在有限的電網容量下正常使用大功率電機，并節約維護成本、延長其使用壽命。

關鍵詞：煤礦機械輸送裝備；電網沖擊；高壓固態軟起動；應用改造實例

正文：

一、應用背景：

煤礦機械輸送設備出廠前需要對產品進行試運行實驗，其中需要對頻率為50Hz，3.3kV和10kV兩種額定電壓等級的礦用隔爆型三相鼠籠異步機進行起動、停車實驗，原有的試驗設備是直接控制電動機的啟停、正反轉，及點動，僅進行必要的失壓、過壓、短路、過載等綜合保護。

伴隨著煤礦機械輸送設備的發展，電機的功率逐步加大，根據理論公式：Ist/IN≤3/4+S/4P（Ist—電機全壓起動，電流IN—電機額定電流，S—電源變壓器容量，P—電機功率）可判斷電源已不能滿足電機直接啟動，在電網容量有限的情況下，進行擴容成本高，因此為了在有限的電網容量下避免電網的沖擊，對原有的試驗設備進行改造，改變電機的起動方式。通過改造，可以使電機實現平滑漸進的起動和減速停車過程；可以有效的避免試車過程中對物料和設備沖擊造成的損傷；可以降低電動機的起動電流，避免電源中電壓降和電壓驟降，保證大功率電機在有限的電網容量中正常進行試車試驗。

二、技術方案：

1、幾種起動方式的對比：

經過對比，結合公司電網的情況和經濟合理性分析，應采用晶閘管高壓固態軟啟動裝置。

2、高壓固態軟啟動的原理：

高壓固態軟起動裝置主要適用于10kV及以下異步、同步電動機的起動和停止的控制與保護，具有過載、缺相、起動峰值過流等故障保護功能。它用高質量晶閘管串聯在三相交流相電壓與三相交流異步（及同步）電動機輸入端之間，通過同時調節獨立的三個反并聯晶閘管閥組件的延時導通電角度從而改變電機的輸入電壓幅值，無級控制輸出電壓，使電動機平穩地起動和停止，也即是說改變了三相輸入交流電流的有效值而達到恒流起動或者按一定斜率變化曲線起動或停車的目的。

高壓固態軟起動裝置有軟起動和直起兩種方式，直起方式作為備用方式，通過三相旁路接觸器進行切換，一般情況下使用軟啟動，當電機轉速達到額定工作轉速時后，旁路接觸器自動吸合，電動機投入電網運行；當軟啟動柜出現原件損壞等不能復位的故障時，可通過 “直起/軟起”旋鈕使旁路接觸器吸合，僅使用直起動方式。

三、改造方案：

1、3.3kV試車試驗臺軟啟動改造

根據現場空間合理性和經濟性分析，3.3kV試車試驗臺需要購置三臺高壓固態軟啟動柜和一臺計量柜，三臺高壓固態軟啟動柜分別用于電機的起停及正反轉控制。高壓固態軟啟動柜采用一拖一的運行方式，每臺均可以獨立操作控制。

2、10kV試車試驗臺軟啟動改造

廠區供電為6kV，因此10kV試車臺需要增設一臺升壓變壓器將6kV變為10kV，變壓器二次側經過隔離開關后連接軟啟動開關柜一臺、控制柜一臺和計量柜一臺。

3、試車臺改造的技術要求

①參數要求：3.3kV試車臺控制電機額定功率1250kW，額定頻率50Hz；10kV試車臺控制電機功率1500kW，額定頻率50Hz；

②保護功能要求：應具有過流、欠流保護，缺相保護，相序保護，過壓、欠壓保護，可控硅短路保護，零序保護，電動機起動超時保護，起動過頻保護，三相電流不平衡保護，電機過載保護，可控硅溫度保護，旁路接觸器故障保護，外部故障輸入，以及門禁連鎖保護。

③控制功能要求：應采用數字信號處理和系統集成技術保障性能可靠、穩定；具備RS485通訊接口，可以與上位PC機通訊來實現遙控及遙信等功能；負反饋功能采用動態的模糊控制理念，可根據負載轉矩的大小、自動調整電機的起動時間與電機的起動轉矩，解決了人為設定起動曲線與負載轉矩曲線不匹配的問題。

④測量系統要求：需要時投入，其他時間可旁路或脫開；電壓、電流互感器精度應≥0.2級；測量系統投入時默認為系統額定最大電流檔投入，之后可切換到另一檔，兩個檔位可自由切換，并不影響總系統的正常運行。

4、方案圖：

四、結語：

通過改造，經過使用驗證，煤礦機械輸送設備試車試驗時，能夠實現平滑起動和停止，可以有效地避免因電動機起動電流過大給電網帶來的有害沖擊，達到了預期的改造效果。

參考文獻

[1]劉介才.工廠供電設計指導（第2版）.北京：機械工業出版社

[2]王兆安，黃俊.電力電子技術（第4版）.北京：機械工業出版社

[3]襄陽騰輝電氣制造有限公司.TGRJ高壓固態軟啟動器使用說明

[4]陳伯時.電力拖動自動控制系統（第3版）. 北京：機械工業出版社

[5]TGRJ高壓固態軟啟動器使用說明

（作者單位：寧夏天地重型裝備科技有限公司）