高压软启动器在炼铁厂的应用

摘要：介绍了高压软起动装置的工作原理，分析了其与水电阻起动器的性能对比，阐述了高压软启动的改造内容，并探讨了高压软启动装置在大型高压电动机上的运用。

关键词：高压软起动装置;电机;起动;水电阻

收稿日期：2012-01-08

作者简介：姜 涛（1979―），男，辽宁沈阳人，助理工程师，主要从事炼铁工程技术工作。

中图分类号：TM573

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2012)02-0218-04

1 引言

韶钢炼铁厂目前共有11台大型风机,负责给1~7号高炉供风,电动机的功率由2 000~18 000kW不等,目前这类风机的起动不是直接起动,大部分都通过串入水电阻进行降流起动,这种水阻降流起动目前已不适应生产的需求,在使用过程中也发现这类起动方式存在不少的弊病,已严重制约了生产的发展,目前较好的起动方式有高压变频器起动装置、高压软起动器装置及高压磁控软起动装置,性能最好的是高压变频器起动装置,但价格昂贵,所以采用高压软起动器装置对水电阻起动进行改造。

2 水电阻起动的原理及缺点

炼铁厂2号风机房8号风机起动通过电动机的定子绕组串入水电阻起动,8号风机的额定功率为4 750kW,额定电流为525A,图1是8号风机串水电阻的一次回路图,当风机起动时,起动柜闭合,电机接入水电阻起动,水电阻工作是利用三相极板在水电阻箱内慢慢下探,通过实时控制两块极板的距离,调节电解液的电导率,从而达到软起动的要求。通过改变电阻值,使电阻值由最大变至最小时,即三相极板动极板与三相极板静极板相连时(40s相连),运行柜合闸,甩开水电阻完成整个起动过程,起动过程由s7-200来实现控制。

根据现场的实际使用情况,水电阻起动方式存在较多缺点,以下几点是在运用过程中遇到的具体情况。

(1)水电阻(液态)软起装置设计方法不科学,不同功率及同功率不同负载(转动装置)软起装置需要重新设计,没有统一系统的方法。

(2)水电阻(液态)软起装置在使用过程中,挥发的盐雾会对其它电气设备造成腐蚀。梅雨季节或潮湿气候,装置往往达不到6MΩ绝缘值而无法起动机组,要在水电阻箱处加装烤灯烘烤去除湿气,这种做法如果不得当或时间长会烤坏水电阻箱绝缘层而引发系统接地事故。装置对使用环境要求高,软起重复性差。

(3)需要经常添加水或电解液,浓度不易控制,起动重复性能较差,维护工作量大,环境适应性差。

(4)体积庞大,增加基建投资费用,装置寿命周期费用高。软起装置的正常应用依赖于现场的使用人员的技术水平和责任感。

(5)起动时有大量能耗,发热严重,通常只适用于两次起动的场合。当连续起动过两次后,水温基本达到60℃,不允许再次起动(夏天环境温度高时一般只允许起动一次)。

(6)水电阻软起动装置,通过液阻本身在软起过程中的温升。借助电解液的电导率与温度的正相关性,实现软启动。其可行性更是大受质疑。在起动过程中不具备过流、过载等保护,需要另设保护装置对机组进行保护。

(7)起动时起动电流大,有大量能耗,节能效果差,并且大的起动电流对机组造成较大冲击,易损坏机组。

3 高压软起动改造内容

根据韶钢的现实要求,把8号风机水电阻起动改为高压软起动器起动是较为理想的,目前韶钢采用长沙奥托自动化技术有限公司QB-H06/6300高压软起动装置。图2是QB-H06/6300高压软起动装置一次回路图,该起动装置的额定电压为6kV,额定功率为6 300kW,软起动柜部分包括可控硅组件、高压真空断路器、过压保护器、电压互感器、电流互感器、电流变换器以及电子控制系统。改造的内容是把原有的运行柜去除,将运行柜回路做为软起装置的旁路柜回路。软起控制方式采用斜坡电压控制,电机在起动过程中,按照给定的初始电压V0 (现场设定3 000V)和软起时间T(现场设定68s),软起动装置以步 距为(Vt-V0)×μ/T的值控制电机电压随时间线性上升,直至达速而后全电压。μ为输出电 压与可控硅导通角的换算系数,Vt为电机达速时的电压。

4 QB-H软起动装置的工作原理

如图3所示,高压电机的供电回路经由几个串、并联的可控硅构成,这样就可以达到一定的耐压值。在高压开关柜2QF接通送电的情况下,当系统收到电机起动信号时,由控制器按照控制曲线给出不同的可控硅导通角,就可以使电机按一定的斜率逐渐增加电压,平稳起动,直到电机达到额定转速之后,加上全电压,使旁路真空接触器1KM(或真空断路器)接通,然后关闭可控硅触发信号,电机起动完毕。之后,软起动装置继续监视电机的运行状态,并提供多种故障保护。

一对反并联可控硅构成一个组件,每相由多组可控硅组件串联,空气自然冷却。可控硅保护采取常规的措施,如均压、阻尼保护。控制回路与触发系统间采用先进的光纤技术,触发及可控硅短路的检测信号由光纤传送,实现了高压隔离,同时也阻断了对控制回路的干扰,保证了串联元件触发脉冲的同步性和一致性。系统设有组件状态监视,当其中任一组件损坏,控制器都能显示报警,并快速封锁脉冲,实现即时保护。

5 1QB-H软起动装置的特点

QB-H软起动装置,在高压主回路与控制系统间采用了国际先进的光纤技术,控制器还采用了基于DSP控制和单片机管理的双CPU系统,如图4所示。DSP为16位数字信号处理器,指令流水线操作,响应速度快,执行核心控制。单片机对参数设定,文字显示和数据通信实行管理,协调统一,高效可靠。薄膜面板,中文显示屏,直观良好的人机界面,操作简单。通过RS-485或Profibus标准接口,与上位机进行通信,实现遥控、遥测或多级联动(图4)。

5.1 系统的显著功能特点

(1)起动方式灵活。现场按钮起动，键盘按键起动，上位机遥控动，组合起动。

(2)控制方式多样。根据电机负载的不同,软起动装置可设定不同的控制方式。

(3)斜坡电压控制。给予一定的初始输出电压和软起时间,电机在起动过程中,电压随时间线性上升,直至电机达到额定转速。初始电压为全电压的20%~80%,大小可随负载性质而调整,重负载初始电压高一些。斜坡电压控制方式简单,不同负载可以有不同的斜坡,可灵活运用,如图5(a)。

(4)限流控制。给予一定的限流系数,电机在起动过程中,按限流控制方式输出电压,电流大小限制在电机额定电流的100%~400%,如图5(b)。

(5)恒压控制。给予一定的输出电压,电机在起动过程中,按恒压控制方式输出电压,电机在该电压下起动。起动时间为0~120s。

(6)软停控制。软起动装置软停车的实现,在电机进入运行后,旁路接触器1KM合闸,晶闸管在电源过零 点后自行关断(控制及触发电路不再发触发信号)。当接收到“软停”指令后,控制及触发电 路将晶闸管再次全开通,然后旁路接触器1KM分闸,控制及触发电路开始将晶闸管的导通角 由全导通逐渐减小,使电机三相电压从额定值逐渐降低,直至晶闸管关断,电机的转速也逐渐变小直至停车(软停车的时间根据实际需要可在0 ~ 60s调整)。

5.2 软起动装置保护功能

(1)缺相、欠压保护。为防止电源缺相或欠压而导致大电流烧坏电机绕组,出现缺相故障时,则封锁脉冲,并跳闸,报警。

(2)电源过压保护。如果电网电压高于设定的电压上限值,软起动立即跳闸,报警。

(3)过流、速断保护。在软起或运行过程中,如果电机绕组匝间短路,相绕组间短路,或电缆损坏,将出现大的 短路电流,此种情况下将快速封锁脉冲,跳闸,报警。

(4)晶闸管组件保护。如果任一可控硅短路或高压脉冲触发器件故障,以及光纤连接脱落,则立即封锁脉冲,并跳闸、报警。

6 效果分析

水电阻软起装置和高压软起动装置相比,高压软起动装置具有较多的优点,高压软起动器采用高压、大功率晶闸管器件作为主回路部件,具有技术先进、工作可靠、结构模块化、便于维护。可实现频繁起停操作,允许再次起动的时间间隔为15s,且无拉弧现象,延长装置使用寿命。采用真空开关,具有很强的分断能力、使用寿命长、电弧不外露、安全可靠。具有先进的控制方式:通过可控硅串、并联组合,DSP和光纤传输技术,方便地实现恒流控制、恒压控制和斜坡电压控制。经过高压软起动器改造,可以完全解决现在水电阻起动的缺陷,表1是两者的性能对比。

(1)利用高压软起动器起动机组,按8号风机电机额定功率为4 750kW,额定电流525A,高压软起动器起动电流为3倍,水电阻起动电流为4.5倍,两者之间相比,高压软起动器起动电流比水电阻起动的起动电流小1.5倍,所以启动过程中高压软起动器起到节能效果。因为高压软起动器起动时电流小于水电组,所以起动时对机组的冲击较小,机组在起动过程中发热也较小,所以绕组的绝缘材料损坏也较小,从而延长电机的寿命。

(2)改成高压软起动器后,杜绝因为阴雨天导致受潮,造成机组绝缘值偏低使机组无法启动的现象。

(3)高压软起动器保护功能齐全,包括缺相、欠压保护;电源过压保护;过流、速断保护;晶闸管组件保护。而水电阻本身不具备保护功能。

(4)控制方式灵活多样,包括斜坡电压控制;限流控制;恒压控制;软停控制。而水电阻只有单一的控制方式。

(5)高压软起动器因其价格便宜,可靠性高、也在广泛应用当中,高炉共有11台风机系统,8号风机对高压软起动装置的改造是十分成功的,这也对高炉其余10台风机的改造提供了很好的借鉴作用。同时也为该公司其他单位大型机组改造提供了宝贵的经验。

(6)经过改造,节约了大量人力、物力。每年可节约大量的维修费用,且维护方便。

7 结语

通过对炼铁厂2号风机房8号风机的改造,取

得了非常好的效果,据了解公司其它单位大型机组的起动基本使用水电阻进行起动,跟高压软起动器起动比较,起动效果差,维护工作量大,备件费用昂贵,已严重制约了现在快节奏生产的需求,8号风机的改造的成功,为炼铁厂其余的10台风机的改造提供很好的借鉴,也为其它单位的改造提供宝贵的经验。

参考文献：

［1］

高越农.浅谈电动机软起动［J］.国际自动化商情,2002(9):61~62.

［2］ 李焦明.3种新型高压电动机软起动装置评介［J］.工控论坛，2003(7):33~34.

［3］ 许实章.电机学［M］.北京:机械工业出版社,1996.

［4］ 王正茂.电机学［M］.西安:西安交通大学出版社,2000.

Application of High-voltage Soft Starter in the Ironworks

Jiang Tao

（Guangdong Shaoguan Steel Group Company,Ironmaking Department,Shaoguan 512123,

Guangdong,China）

Abstract: This paper introduces the working principles of the high-voltage soft starter,the performance contrast with the water resistance starter,and the successful application on the large-scale high-voltage electric motor.

Key words: electric motor;start;high-voltage soft starter;water resistance