高壓軟啟動器在高壓水泵上的應(yīng)用

戴曉玏 張英

摘要：針對某石化企業(yè)焦化裝置的高壓水泵控制由全壓直接啟動模式技改為降壓軟啟動模式的案例，分析了該技術(shù)改進過程中的技術(shù)特點、控制方法及其實際應(yīng)用效果。實踐證明，使用基于晶閘管的降壓軟啟動方式啟動高壓水泵，可以有效提高水泵電動機的使用壽命，提升系統(tǒng)可靠性。

關(guān)鍵詞：高壓軟啟動器;啟動方式;降壓軟啟動;高壓水泵

0 引言

某石化企業(yè)焦化系統(tǒng)的高壓水泵采用2臺額定電壓為6 kV的異步電動機作為動力，初期高壓水泵采用全壓啟動方式進行啟動，但系統(tǒng)投運后發(fā)現(xiàn)，其啟動過程的啟動電流達到額定電流的7倍以上，水泵頻繁啟停會擾動系統(tǒng)用電環(huán)境，造成系統(tǒng)瞬時過載，可能導(dǎo)致出現(xiàn)系統(tǒng)壓降10%以上的直接后果。同時，該啟動方式會導(dǎo)致電動機繞組溫度過高，使電動機絕緣老化速度加快，對電動機造成損傷的同時，在一定程度上提高了系統(tǒng)維護成本。因此，選擇一種適宜的軟啟動裝置啟動該高壓水泵配套電動機，成為該石化企業(yè)亟待解決的技術(shù)問題。

1 高壓水泵全壓啟動存在的主要問題

高壓水泵的6 kV高壓電動機全壓直接啟動主要存在以下常見技術(shù)問題：

（1）影響電能質(zhì)量，影響其他設(shè)備的安全運行。

系統(tǒng)投運實測過程中，高壓水泵系統(tǒng)的全壓啟動過程，最大可導(dǎo)致系統(tǒng)用電母線電壓出現(xiàn)12%的壓降，系統(tǒng)照明出現(xiàn)明顯波動，系統(tǒng)內(nèi)電子設(shè)備受到該影響的沖擊更為嚴重，系統(tǒng)內(nèi)的UPS系統(tǒng)、變頻器等設(shè)備的用電安全受到影響。同時，高壓水泵的啟動電流達到額定電流的7倍以上，對煉油廠的主變壓器也造成了沖擊。

（2）全壓啟動過程造成電動機損傷。

高壓水泵的啟動電流達到額定電流的7倍以上，產(chǎn)生瞬時電流，該過程導(dǎo)致電動機繞組瞬時過熱，對電動機繞組及相關(guān)導(dǎo)線的絕緣造成損傷，導(dǎo)致電動機絕緣老化速度加快，電動機使用壽命降低。另外，在電動力學(xué)作用下，過高的啟動瞬時電流會導(dǎo)致系統(tǒng)導(dǎo)線相互摩擦，進而降低系統(tǒng)導(dǎo)線及其緊固件的使用壽命。過電流導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，可能導(dǎo)致繞組瞬時電壓達到5倍以上額定電壓，會對電動機繞組及其絕緣造成嚴重損傷。

該系統(tǒng)投運以來，出現(xiàn)了夾緊機構(gòu)松動、線圈變形、鼠籠條斷裂等故障，特別是該系統(tǒng)因1#高壓水泵轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂事故，發(fā)生過一次全系統(tǒng)停機故障。

2 高壓水泵降壓啟動方式的選擇

當前軟啟動技術(shù)發(fā)展已相當成熟，相應(yīng)的技術(shù)原理也多種多樣，液力軟啟動、固態(tài)軟啟動、變頻軟啟動、串聯(lián)電抗器降壓軟啟動、其他降壓軟啟動等啟動方式均在相關(guān)系統(tǒng)中有所應(yīng)用。筆者通過綜合比較以上軟啟動方式發(fā)現(xiàn)：（1）液力軟啟動水箱內(nèi)液體可能汽化導(dǎo)致電纜三相短路，且其產(chǎn)生的水汽可能導(dǎo)致其他系統(tǒng)受潮，存在引發(fā)火災(zāi)或損害相關(guān)系統(tǒng)的隱患。（2）串聯(lián)電抗器降壓軟啟動需要的控制空間較大，本文個案現(xiàn)場難以提供足夠的設(shè)備安裝條件。

因此，本文個案在選擇軟啟動方式時，傾向于使用晶閘管固態(tài)軟啟動方式進行高壓水泵的降壓軟啟動，經(jīng)過對比設(shè)備性價比和供應(yīng)渠道，最終采用以色列產(chǎn)的SOLCON HRVS-DN高壓固態(tài)軟啟動裝置作為本文個案的軟啟動設(shè)備。

3 高壓軟啟動器在高壓水泵上的應(yīng)用

綜合本文個案的車間現(xiàn)場具體情況和工藝要求，將1#、2#除焦高壓水泵電動機的啟動方式由全壓直接啟動改為降壓軟啟動。采用SOLCON HRVS-DN高壓固態(tài)軟啟動裝置的額定電壓6 kV，啟動設(shè)備整合在1個軟啟動柜中，軟啟動柜內(nèi)包含：高壓真空斷路器組件、可控硅組件、電壓及電流互感器組件、過電壓保護組件、電流變換器及相應(yīng)的電子控制設(shè)備。系統(tǒng)升級后，保留原有的高壓開關(guān)柜，將軟啟動柜連接于原高壓開關(guān)柜后方，使原高壓開關(guān)柜作為軟啟動柜的電源控制柜使用。2臺高壓水泵的控制系統(tǒng)分別連接在6 kV母線的I/II兩段。

3.1? ? 軟啟動裝置的工作原理

晶閘管驅(qū)動的降壓軟啟動系統(tǒng)是在一次回路中串聯(lián)或并聯(lián)多個可控硅組件，當系統(tǒng)收到啟動信號時，使用軟件系統(tǒng)控制可控硅系統(tǒng)的導(dǎo)通角，使電動機按照一定的電壓U-t斜率逐步增加電壓，使電動機平穩(wěn)啟動。電動機達到額定轉(zhuǎn)速后，會給電動機導(dǎo)通額定電壓，使旁路高壓真空接觸器組件接通，同時關(guān)閉可控硅控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)還可以對電動機的運行狀態(tài)進行全程監(jiān)控，并提供多種常見故障的識別和保護功能。

3.2? ? 高壓軟啟動裝置特點

該軟啟動設(shè)備存在以下技術(shù)及功能特點：

第一，啟動方式選項較多，可以提供現(xiàn)場按鈕啟動、鍵盤啟動、遙控啟動、組合啟動等多種啟動方式。

第二，控制方式多樣。根據(jù)電動機負載變化，在0～120 s啟動時間內(nèi)，可以實現(xiàn)斜坡電壓控制，即保證電動機電壓的線性無極控制，初始電壓及啟動過程電壓可控制在全電壓的20%～80%;可以實現(xiàn)電流線性控制及限流控制，確保電動機啟動時過電流不超過額定電流的4倍;可以實現(xiàn)恒壓控制，有效控制啟動過程中的系統(tǒng)過電壓和用電網(wǎng)絡(luò)壓降。

第三，該設(shè)備可提供缺相保護、欠壓保護、電源過電壓保護、系統(tǒng)過流保護、速斷保護、啟動器自身保護及晶閘管保護等綜合保護功能。

3.3? ? 高壓水泵軟啟動器的控制方式及保護設(shè)置

在設(shè)備現(xiàn)場調(diào)試過程中，最終選擇以下控制和保護整定策略：（1）系統(tǒng)初始電壓設(shè)定為額定電壓的50%，即Uo=3 kV;（2）啟動時間設(shè)定為t=68 s;（3）啟動步距設(shè)定為線性上升;（4）全壓控制條件設(shè)定為電動機額定轉(zhuǎn)速;（5）速斷保護整定值為7.9倍的額定電壓，延時為0 s;（6）過載保護整定為1.2倍的額定電流，延時為4 s;（7）欠壓保護設(shè)定為0.7倍的額定電壓，延時為2 s;（8）過電壓保護設(shè)定為1.2倍的額定電壓，延時為2 s。

4 高壓軟啟動器實際應(yīng)用效果

首先，該軟啟動設(shè)備投運后，經(jīng)過實測，軟啟動時最大電流為額定電流的3.2倍，而該軟啟動設(shè)備使用前，在全壓啟動條件下，系統(tǒng)啟動時最大電流為額定電流的7.0倍。該軟啟動設(shè)備有效降低了系統(tǒng)啟動電流。

其次，使用該軟啟動設(shè)備后，高壓水泵的啟動電流和啟動瞬時電壓受到了較好控制，使啟動過程的功率損耗有效降低。

最后，該軟啟動設(shè)備對啟動電流進行了有效控制，有效減輕了啟動過程對電動機的沖擊，電動機的啟動發(fā)熱現(xiàn)象也得到了有效控制，電動機使用壽命得到了有效延長。

5 結(jié)語

高壓軟啟動器在6 kV高壓水泵中的應(yīng)用，有效降低了高壓水泵的啟動電壓和啟動電流，減輕了高壓水泵啟動過程中對電網(wǎng)的影響，提升了設(shè)備用電安全性，提高了用電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電能質(zhì)量，對于保證高壓水泵控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性具有積極意義。

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收稿日期：2020-07-28

作者簡介：戴曉玏（1991—），男，貴州印江人，助理工程師，研究方向：電氣工程。