蔡 浏

(辽宁省水利水电勘测设计研究院 沈阳 110006)

庞锴锋 张玉君

(大连市供水有限公司 116021)

1 引言

鞍山加压泵站是大伙房水库输水应急入连工程第一级加压泵站，设3台变频调速水泵、3台恒速水泵，水泵配套电机均采用感应式鼠笼型6kV 高压电机，电机功率均为3550 kW。由于变频调速装置具备软启动功能，作为调速运行的水泵电机可采用变频装置启动，而作为恒速泵运行的水泵电机则应配置适当的软启动装置。

2 软启动装置分类

中高压电机软启动，是在中高压(主要指6kV、10kV)电动机启动过程中，随着电动机反电动势的不断建立，电机端电压由某一值逐渐平滑、无级地上升至全压，转速由0 上升到额定转速，最后依靠旁路甩掉软启动控制装置。

软启动装置是一种集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新型电机控制装置。可分为有级和无级两类。传统的软启动均是有级的，如星/角变换软启动，自耦变压器软启动、电抗器软启动等。本文阐述的是无级类的，目前高压电动机软启动的电气装置主要有:高压变频软启动器、磁控软启动、高压液态电阻软启动、晶闸管高压软启动装置。它们的价格悬殊大，性能、功能差异大。

3 各种软启动装置简介

高压变频软启动采用高压变频器，其启动性能很好，是比较理想的一种软启动装置，可以在限流同时保持高的启动转矩。价格贵是制约其推广应用的主要因素。

磁控软启动是从电抗器软启动衍生出来的，用三相电抗器串在电动机定子上实现降压是两者的共同点，磁饱和软启动不同于电抗器软启动的主要区别是其限流作用的强弱变化可控。

高压液态电阻软启动采用高压液态电阻软启动装置，可无级控制，启动性能好、价格低廉，但液阻箱容积大，必须定期补水，受环境影响大，且制作、运输、安装困难。

晶闸管高压软启动将电力电子技术和微机控制技术应用在软启动器上，以晶闸管和控制电路为主电路、以单片机为中央控制器来完成测量及各种控制算法，使软启动器具备很强的功能和灵活性，达到全方位的软启动器性能，同时还能实现直接计算机通讯控制。

4 不同软启动装置比较

不同软启动装置比较情况见下页表。

5 晶闸管高压软启动

综上所述，笔者认为该工程6kV 高压恒速电机宜采用晶闸管高压软启动装置启动。

5.1 晶闸管高压软启动装置概述

软启动装置以计算机控制技术和电力电子技术相结合，主回路的开关元件采用高压大功率晶闸管，通过改变晶闸管的导通角来控制电动机启停电压的平稳升降和无触点通断，实现电动机的平稳启停。可实现以启动电机所需的最小电流来启动电机，减少电流对电网的冲击，降低设备的振动和噪声，降低启动机械应力，延长电动机及相关设备的使用寿命。

5.2 晶闸管高压软启动装置技术特点

a.软启动装置以计算机控制技术和电力电子技术相结合，主回路的开关元件采用高压大功率晶闸管，通过改变晶闸管的导通角来控制电动机电压的平稳升降和无触点通断，实现电动机的平稳启停。

b.串联晶闸管设有可靠的静态、动态均压保护措施，具有技术先进、结构紧凑、安全可靠、维护方便等特点。

高压电机软启动装置比较表

c.采用先进的光纤传输技术、电流变换技术，对晶闸管的触发检测与低压控制回路之间进行有效控制。

d.采用双CPU 结构，以16 位数字信号处理器DSP执行核心控制，使设备控制实时高效、稳定性好。

e.采用信号多级处理及隔离技术，系统具有很强的抗干扰能力。

f.控制系统能准确地采集高压主回路的同步信号和电流信号，有效地实现闭环控制。

g.软启动装置具有旁路功能，启动完成后自动切到旁路运行，并能提供实时监控和保护信号。

h.软启动装置的控制方式具有斜坡电压控制、限流控制、恒压控制等功能，启动方式具有现场按钮启动、上位机遥控启动、键盘按键启动、组合启动等功能。

i.软启动装置具备自检、保护功能。如:缺相及欠压保护、可控硅组件保护、启动超时保护、三相电流不平衡保护、运行过流保护、电源过压保护、联锁控制保护，分别输出无源硬接点，送至后台监控。

j.软启的控制回路能满足设计需要，通过转换开关可顺利地在“软启动/直接启动”之间切换。其中旁路真空开关具有机械保持的操作机构，能直接启动交流电动机。

k.显示。显示屏为LCD，具有背光、屏幕保护功能;采用中文显示，菜单操作简单，人机界面良好。

5.3 控制原理与技术性能

5.3.1 控制原理

控制原理如图1 所示。

图1 控制原理

5.3.2 技术性能

a.采用先进的光纤传输技术，实现高压晶闸管的触发检测与低压控制回路之间的隔离。

b.采用双CPU 结构。用先进的数字信号处理器DSP执行核心控制，用单片机对数据及通信进行管理，使设备控制实时高效、显示直观、可靠性高、稳定性好。

c.采用信号多级处理、隔离技术，使系统具有很强的抗干扰能力。

d.采用大屏中文显示、薄膜按键设置的控制器，操作简单，人机界面良好。

e.具有RS—485 标准接口，可与上位机或集中控制中心进行通讯。

5.3.2.1 控制方式可选

a.斜坡电压控制。如图2 所示，给予一定的初始输出电压U0和软启时间，软启按设定的起始电压开始工作。电机在启动过程中，电压随时间线性上升，直至电机达到额定转速，软启检测到电流下降，发出旁路信号，启动过程完成。初始电压U0为全电压的20%～85%，大小可随负载类别而调整，重负载初始电压适当高一些。斜坡电压控制方式简单，不同负载可以有不同的斜坡启动，可灵活运用。

图2 斜坡电压控制

b.限流控制。如图3 所示，给予一定的限流系数I0(限流系数指电机额定电流的倍数)，电机在启动过程中，按限流控制方式输出电压，电机启动电流限制在Imax内，直至电动机完成启动。

图3 限流控制

c.恒压控制。如图4 所示，给予一定的输出电压U0，当电压被限制在恒压值U0时，电压将被限制在一定范围内，在限制的时间内，电流平稳上升，直至电动机完成启动。

图4 恒压控制

d.软停控制。如图5 所示，使电机从额定转速线性平稳地下降为零即为“软停车”。通过控制晶闸管的“导通角”即可实现“软停车”功能，可防止“水锤”效应。

图5 软停控制

5.3.2.2 启动方式可选

a.现场按钮启动。从软启装置控制界面选择“现场按钮启动”菜单，启动和停止信号由外部送入。启动信号要求是自复位式无源常开触点(如有特殊要求需在运行设计时指明)。

b.键盘按键启动。从软启装置控制界面选择“键盘按键启动”菜单，电机的启动和停止均可从软启动装置的控制键操作。

c.上位机遥控启动。从软启装置控制界面选择“上位机遥控启动”菜单，通过RS485 通讯接口与上位机进行通讯，电机的启动和停止均由上位机控制。

d.组合启动。从软启装置控制界面选择“组合启动”菜单，“外部按钮启动”、“上位机遥控启动”、“键盘按钮启动”三种控制方式均可以对电机进行启停控制。

6 结 语

通过对各种软启动装置进行技术、经济、可靠性等综合评价，笔者认为晶闸管高压软启动装置适合应用于该工程中。晶闸管高压软启动将成为各类软启动产品中值得推广的产品，必将成为高压交流电机软启动技术的发展趋势。

1 叶斌.电力电子应用技术［M］.北京:清华大学出版社，2006.

2 陈伯时.电力拖动自动控制系统［M］.北京:机械工业出版社，2010.