刘波（中石化股份天津分公司炼油部）

一、概述

天津石化炼油部120万吨/年延迟焦化装置除焦系统高压水泵采用2台6kV/1600kW异步电动机驱动，采用全压直接启动的方式，电机功率比较大，而且此高压泵需频繁起动进行除焦作业。由于高压水泵电机启动电流高达电动机额定电流7倍以上，经常造成供电网电压波动（压降可达10%以上），影响整个母线上其他设备的正常运行；同时大电流会造成电动机绕组温升过高，从而加速其绝缘老化，加上全压直接起动转矩过大对电机及高压水泵的机械冲击比较大，容易造成泵及联接装置的损坏，增加了设备维修量。

二、除焦高压水泵全压启动存在的主要问题

高压水泵采用全压直接启动，存在诸多问题，主要表现在以下几个方面：

1、造成电网电压波动，影响其它设备的运行

高压水泵全压直接起动时，系统母线电压会降低12%左右，严重影响了照明系统及电子设备的稳定运行，特别是UPS、变频器等设备。同时，由于起动电流过大，对炼油部厂西35KV系统主变压器造成冲击过大。

2、伤害电机绝缘，降低电机寿命

①大电流产生的焦耳热反复作用于导线外绝缘，使绝缘加速老化、寿命降低。

②大电流产生的机械力使导线相互摩擦，降低绝缘寿命。

③高压开关合闸时触头的抖动现象会在电机定子绕组上产生操作过电压，有时会达到外加电压的5倍以上，这样高的过电压会对电机绝缘造成极大伤害。

3、电动力对电机及水泵的伤害

大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，会造成夹紧松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障。全压直接起动时的起动转矩大约为额定转矩的2倍，这么大的力矩突然加在静止的机械设备上，会加速齿轮磨损甚至打齿。

此套装置自1997年投运以来，高压水泵先后发生过电动机过载、电动机转子轴弯曲等多起故障。例：2006年焦化1＃高压水泵电动机转子鼠笼裂纹断条就因为以上原因造成。为改变这些缺陷，需要改变高压水泵的启动方式，即应采用降压启动。

三、高压水泵降压启动方式的选择

由于现今降压启动的方式很多，有传统的串电抗器降压启动，液阻软启动，固态软启动降压启动、变频器软启动等方式，由于液阻软启动存在安全隐患，水箱内液体汽化导致电缆三相短路，引发火灾，而且挥发的潮气会腐蚀电气室的其他用电设备的电气元件，久而久之会降低电气元件的寿命。串电抗器降压启动，受安装空间限制，改造现场不具备条件。采用高压变频器只实现高压水泵的降压启动，成本太高不划算。故本次改造只考虑采用晶闸管固态软启动器进行降压启动改造。经过对比，我们选择了以色列SOLCON HRVS-DN高压固态软启动装置。

四、高压软启动器在高压水泵上的改造应用

结合1＃延迟焦化车间的工艺要求，把1、2＃除焦水泵电机启动改为高压软启动器降压启动，满足高压水泵除焦的各项要求。SOLCON HRVS-DN高压软启动装置的额定电压为6kV，额定功率为1600kW，额定电流181A，软启动柜包括：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。改造时保留原有高压开关柜，将高压开关柜回路作为软启动装置的电源回路，软启动器安装在6KVⅠ、Ⅱ段母线两侧，采用120mm2高压电缆连接。

1、SOLCONHRVS-D N软启动装置的工作原理

高压电机的一次供电回路由几个串、并联的可控硅构成。当接通高压开关柜，系统收到电机启动信号时，由控制器按照控制曲线给出不同的可控硅导通角，使电机按一定的斜率逐渐增加电压，平稳启动，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（或真空断路器）接通，关闭可控硅触发信号，电机启动完毕，软启动装置继续监视电机的运行状态，并提供多种故障保护。

2、高压软启动装置的特点

SOLCON HRVS-DN软启动装置具有以下显著功能特点：1）启动方式灵活，有现场按钮启动、键盘按键启动、上位机遥控启动、组合启动。

2）控制方式多样，根据电机负载的不同，软启动装置可设定不同的控制方式。①斜坡电压控制。给予一定的初始输出电压和软启动时间，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。初始电压为全电压的20%～80%，大小可随负载性质而调整。

②限流控制。给予一定的限流系数，电机在启动过程中，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%。

③恒压控制。给予一定的输出电压，电机在启动过程中，按恒压控制方式输出电压启动。启动时间为0～120s。

3）保护功能齐全：①缺相、欠压保护。②电源过压保护。③过流、速断保护。④晶闸管组件保护。

3、高压水泵软启动器的控制方式及保护设置

改造后，高压水泵软启动装置采用了斜坡电压控制方式。电机在启动过程中，按照给定的初始电压Uo(现场设定3000V)和软启时间t(现场设定68s)，软启动装置以步距为(U1-Uo)μ/t的值控制电机电压随时间线性上升，达到设定转速后变为全电压启动。μ为输出电压与可控硅导通角的换算系数，U1为电机达速时的电压。软启动保护设置主要有速断保护（7.9倍额定电流，时间0秒），过载保护（1.2倍额定电流，时间为5倍过流时4秒），低电压保护（70%额定电压，时间2秒），过电压保护（120%额定电压，时间2秒）等

五、高压软启动器实际应用效果

（1）从软启动曲线及直接起动曲线数据分析，软启动时起动电流为579.2A，是额定电流的3.2倍；而直接起动时起动电流约1267A，是额定电流的7倍。从实际起动过程来看，软启动达到了预期的效果，在保证电机起动转矩满足要求的前提下，降低了电动机的起动电流（从7倍左右降到3.2倍），并使起动过程对电网的影响降到最低，有效地保证了电网的可靠运行，同时降低了电网容量，降低了建设期电气设备投资费用。

（2）起动过程中的功率损耗小。起动过程完成后，电机供电由软启动回路自动平稳地切换到旁路工频运行。

（3）因为高压软启动器比全压启动时电流小的多，所以启动时对机组的冲击较小，机组在启动过程中发热也较小，绕组的绝缘材料损坏小，从而延长电机的寿命。

设备改造后已经运行4年，目前运行良好，未出现过任何问题。

六、高压软启动的日常维护及注意事项

1、日常维护

高压软启动也属于比较精密的电子设备，对安装环境要求较高，最低环境温度-5℃，最高环境温度40℃。本次改造高压软启动装置安装在高压变电所内，具有空调设备，且室内较清洁，满足其使用运行条件。为保障软启动装置正常运行我们要做好日常维护保养工作。

（1）认真监视并记录软启动人机界面上的各显示参数，发现异常应即时反映。

（2）认真监视并记录高压间的环境温度，环境温度应控制在5℃～25℃之间。

（3）夏季温度较高时，应加强高压间的通风散热，确保周围空气中不含有过量的尘埃，酸、盐、腐蚀性及爆炸性气体。

（4）软启动柜门上的过滤网通常每月应清扫一次，如工作环境灰尘较多，清扫间隔还应根据实际情况缩短。

2、注意事项

（1）确保现场软启动原理图齐全，并与设备实际情况一致，以利于故障状况下的快速分析解决问题

（2）保护模块定值不得随意更改，确保保护动作灵敏可靠.

（3）做好软启动器的常用备品备件管理及应急预案。鉴于本次改造设备属延迟焦化除焦重要设备，虽然软启动本体带旁路输出工作比较可靠，我们需做出软启动柜整体故障的应急预案，要求紧急情况下，直接将除焦水泵动力电缆接在高压柜上，确保系统安全的情况下直接启动。