高壓電機水電阻軟啟動裝置的應用

劉赫

摘 要：采用水電阻軟啟動裝置能將啟動沖擊電流控制在最小范圍，保證最佳啟動轉(zhuǎn)矩，使啟動成功;其最大優(yōu)點在于可調(diào)性好，水電阻容量大，不會因為啟動次數(shù)的頻繁而燒壞，既能降低運行和維護費用，又能保證安全生產(chǎn)。本文對高壓電機水電阻軟啟動裝置的應用進行了探討。

關(guān)鍵詞：高壓電機;水電阻軟啟動裝置;應用

1 水電阻軟啟動裝置的工作原理

水電阻軟啟動是靠溶解在水中的電解質(zhì)離子導電的，電解質(zhì)充滿于兩個平面極板之間（即水電阻的兩個電極），構(gòu)成一個電容狀的導電體，既能降低電動機的啟動電流，又能使電動機獲得較大的端電壓，且提高啟動時的功率因數(shù)，所以能使電動機全負荷平穩(wěn)啟動。在電機起動電流基本恒定的情況下，電動機端電壓逐步升高，從而使電機起動轉(zhuǎn)矩逐步增大，實現(xiàn)電動機的平滑起動。

1.1水電阻阻值的計算

水電阻阻值的最佳配置是控制適宜的起動電流及使電動機能正常起動的關(guān)鍵，根據(jù)實際應用而歸納的參考公式為

RS=1.01UE/（1.73×2.5IE）（1）

式中，RS—每相水電阻配置的最大電阻;UE—電源線電壓;IE—電動機的額定電流。根據(jù)電機的參數(shù)代入液阻配置式（1）

RS=1.01×11000/（1.73×2.5×1000）=2.57Ω

即三相水電阻每相配置最大電阻為2.57Ω左右時電動機能達到最佳起動狀態(tài)。

1.2水電阻啟動特性及優(yōu)點

采用水電阻軟啟動的電動機有以下顯著的起動特性及優(yōu)點。

1.2.1恒電流軟啟動特性

在電機起動過程中，電流基本保持不變，數(shù)值在2.5～3.5IE左右，且有顯著的軟啟動特性：啟動電流恒定，一般在2～3倍額定電流。電動機在起動過程中，等效電阻是隨著轉(zhuǎn)差率s的減小而增大。在起動時，s=1，而X和R2/s都非常小。因此直接起動時電流很大（5～7倍額定電流）。當在定子回路串一可變的電阻時，回路總電阻在區(qū)間0.1

1.2.2起動過程中系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定及母線壓降低

一般采用水電阻降壓起動的電動機系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上，且整個起動過程接近于恒定，母線壓降低。由于上述特性，使電機起動對電力系統(tǒng)的影響降到最低，母線壓降在5%左右。

1.2.3起動平穩(wěn)無沖擊

電機的起動轉(zhuǎn)矩由小到大逐步增高，因而使機械設備起動平穩(wěn)，無沖擊、無嘯叫聲，且機械能平穩(wěn)越過諧振轉(zhuǎn)速，使設備免受傷害。

1.2.4經(jīng)濟效益顯著

節(jié)約一次性投資和維護費用。水電阻軟啟動裝置，由于控制系統(tǒng)簡單、操作方便且總體直接投資在高壓大型電機的各種起動方案中是最經(jīng)濟的一種方式，尤其比起進口的變頻起動器來說更顯價格優(yōu)勢，只是同性能進口設備的1/6左右。采用水電阻軟啟動方式，可以大大降低電機起動時對電力系統(tǒng)的要求，從而可以節(jié)約大量的一次性電力增容方面的固定投資。

節(jié)約長期技術(shù)性投資，該方案理論成熟，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定、運行可靠、基本免維護。一般技術(shù)工人經(jīng)過簡單培訓就可以達到使用和維護的標準要求。采用該啟動方案，大大降低電機起動對電力系統(tǒng)的要求，從而可使電力變壓器的運行始終在經(jīng)濟運行區(qū)，從而降低電力變壓器運行損耗，節(jié)約運行費用。

1.2.5與其他啟動方式相比，性能優(yōu)越

采用電抗器降壓起動方式，電動機的起動電流可以小量的降低，但是功率因數(shù)很低，母線壓降相對較大，在15%左右。

自耦變壓器降壓起動方式同串聯(lián)電抗器起動方式效果大體相同，但接線方式復雜，故障率較高，將給后期運行帶來故障隱患，增加后期檢修維護成本。變頻軟啟動因起動特性較好，但從技術(shù)上對用戶的維護人員要求較高，而且價格昂貴，投資費用大。

2 高壓電動機的降壓起動原理

高壓電動機的降壓起動原理接線圖如圖1所示。高壓真空開關(guān)1DL合閘，大型軟啟動裝置的三相電阻串入電機定子回路，水電阻隨著電動機的起動自動投入并在電動機起動結(jié)束后在設定的時間內(nèi)2DL閉合，將水電阻自動切除，電動機自動投入正常運行。圖1中1GK是為檢修水電阻而裝設的隔離開關(guān)，正常時是處于合閘狀態(tài)的，且和1DL之間有電氣連鎖關(guān)系。1DL為主電動機運行真空斷路器，2DL為短接真空斷路器，R代表可變電阻，水電阻裝置的三相電阻由相互絕緣的三個絕緣箱體構(gòu)成。

該設備于2004年6月全部安裝調(diào)試完畢，設備一次啟動成功運行至今狀況良好，性能穩(wěn)定可靠。經(jīng)測試，最大起動電流為3500A左右，為額定電流的3.5倍，帶負載起動時間為35s，減少了系統(tǒng)沖擊，起動電流非常平穩(wěn)，電網(wǎng)壓降小于5%，達到了預期目的。

3 故障分析及處理

3.1水電阻液位低，起動時速斷動作

2016年8月一次電機起動過程中速斷保護動作，起動不成功。檢查發(fā)現(xiàn)水電阻箱水位指示浮標已看不到，水位低于規(guī)定液位指示范圍。分析原因為環(huán)境溫度高或起動消耗在水電阻的能量使得溶液溫度升高，加快水的蒸發(fā)，溶液濃度變大，水電阻阻值變小，造成電機起動時電流變大，速斷保護動作。加純凈水至標準水位后，電機正常啟動。針對這一現(xiàn)象，車間分析評估后，在水電阻液面上滴少許變壓器油封蓋液面，阻止水分蒸發(fā)，起到很好效果，原來每個月補水一次現(xiàn)變?yōu)槊考径妊a水一次。

3.2極板腐蝕造成啟動時速斷動作

2014年10月份某次起動電機，起動時電機跳閘，高壓柜綜保繼電器報速斷故障。復位后第二次啟動成功，連續(xù)幾天都是這種現(xiàn)象。車間組織對故障原因進行查找分析，經(jīng)電機起動時現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，每次都是在水電阻啟動完畢2DL合閘切除水電阻時發(fā)生，分析認為雖然水電阻啟動完畢，但電機未達到額定轉(zhuǎn)矩，切換時電機未達到95%的額定轉(zhuǎn)速，全壓加上后電機電流迅速增大，造成速斷動作。現(xiàn)場檢查水電阻箱時發(fā)現(xiàn)電阻液顏色發(fā)綠，經(jīng)檢查確認為水電阻箱內(nèi)極板發(fā)生腐蝕，電阻液中含有極板腐蝕后的銅離子，導致水電阻阻值增大，電機起動時達不到額定轉(zhuǎn)矩。第二次起動時，由于第一次起動電流通過電阻液，致使電阻液溫度上升，電阻變小，增大了起動轉(zhuǎn)矩。現(xiàn)場更換電阻液，重新配比水電阻值，保證了電機正常啟動運行。2015年8月裝置停車大修時更換了極板，徹底解決了故障。

4 結(jié)語

水電阻軟啟動裝置在高壓電動機上的成功應用，徹底解決了該大功率電機采取直接起動時給電網(wǎng)電壓及設備帶來的各種不利因素，是一種新型的鼠籠式高壓大功率電動機降壓軟啟動理想裝置。

參考文獻：

[1]顧繩谷.電機及拖動基礎（第二版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.