穆金海

中图分类号：TE624 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2019）01-0-01

前言

随着我国经济的不断发展，社会对于柴油、汽油等化工原料的需求成指数性增加，国民经济发展中石油炼化行业占据着重要的地位。炼油工艺中重要的主要装置为催化裂化装置，主要是采用减压蜡油、加氢渣油等重质馏分油作为原料，高温高压下与催化剂接触，经裂化反应生成柴油、汽油等化工原料。主风机机组是催化裂化机械系统中十分重要的装备，借助主风机，可以将压缩好的空气输入到催化裂化反应器当中，为其提供风力能够提升催化装置产品质量并且回收能量，改善环保条件，从而促进炼油行业的发展。通常而言， 催化裂化装置的功率越大，它所需要的风力供应量就越多，因此提供动力的电动机的功率要求也越大。

正常情况下，由于电动机直接起动时，起动电流会达到电机额定电流的5～7倍，特别是大功率的电机，一般上一级变压器的容量都承受不了，必须加装起动设备，否则会造成变压器跳闸。催化裂化装置的主风机的开机顺序为，备风机电动机首先启动，工艺条件具备后，烟气轮机——主风机——电动机三机连接、一体化运行的组合结构投入运行，烟气轮机带动主风机，主风机带动电动机，再启动电动机运行带动主风机、烟气轮机。由于在正常情况下主风机电机由烟气轮机驱动主风机可以将电动机的转速带到90%后再启动，相比很容易。所以在整个启动过程中如何启动备风机电动机是技术人员必须认真面对的问题。

现就目前国内主风机、备风机电动机启动经常采用的几种方案进行分析：

一、液阻软起动方式

液阻，顾名思义，即液体电阻（又被称为水阻柜）。此技术1985年上半年引进到中国后，在催化裂化主风机电动机启动中被广泛的采用。液阻软起动方式基本有两种，一种为定子串液阻（对应鼠笼型电机）方式，一种为转子串液阻（对应绕线式电机）方式，目前国内设计院对催化裂化装置设计一般采用鼠笼型电机，所以液阻软起动方式中采用定子串液阻的方法，此方式通过在起动过程中改变定子回路的电阻值来逐步实现软启动的，这种启动方式要求在前期调试期间根据电动机功率、风机特性计算的加入水中电解粉理论数量，确定串入定子线圈的阻值，电机起动通电后，在水阻柜内，随着电流的热效应使液阻柜内温度逐渐升高，电解液分子活动加剧，电机端的电压逐渐由低到高，当电机转速达到（或接近）额定转速时，短接接触器，液阻柜被甩开启动完成。但此种启动原理的缺点是不适合电机连续启动，由于启动一次将造成水温升高后液阻值變小，因此连续启动会使其启动特性受到影响。催化裂化工艺中主风机是长期连续运行的设备，只有在装置检修或意外事故发生时才可能停机再启动，所以在催化裂化工艺中主风机启动时间间隔是较长的，其启动特性基本可保持一致，故被广泛选用。

二、固态降补软起动

对于主风机电动机起动问题的焦点主要集中于既要降压起动，又要保证起动电流冲击满足电网的耐受要求，又要达到降压起动过程中电动机实际起动力矩的需求，这个平衡点来源于在起动瞬间要迅速补充电动机起动过程所需要的大量无功，减少从电网吸取的无功量，另一方面在保证启动力矩的同时，尽可能地降低起动设备前端的因电机起动瞬间而引发较大冲击电流，使电网电压无陷落，真正保证前端变压器实际供电容量需求。固态降补软起动装置的设计理念就是将电机电流与电网电流分开设计，在对电网扰动较小的情况下达到较大的转矩。固态降补软起动装置由三相平衡降压控制装置和无功发生装置组成。当电机通过该装置接入电网时先投入无功发生器，电机端电压被控制在需要的范围内，随着起动过程转速的抬升，电机端电压逐步升高，起动转矩增加，从而实现电机平稳起动。电机起动过程中，电动机经过降压后，另外所需的无功功率主要由起动无功补偿单元负责即无功发生器提供，最大限度降低电机起动时对系统的无功大量需求，很好地实现了控制降补软起动设备的输入电流小于电机额定运行电流，最小甚至可以达到额定运行电流，很好的控制电网不会因起动而造成的电压陷落，母线压降可以控制在7～15%之间，同时无功发生器为电机起动提供无功补偿，从而最大限度的降低了对系统无功功率的需求，降低电机起动对电网电压的影响。所以固态降补软起动装置是新建催化裂化装置主风机电动机优先选择的启动方式。

三、变频启动

高压变频启动装置是目前最为先进的启动方式，高压变频器除了具备更好的启动性能以外，还有一个非常重要的功能就是它可以对电动机的转速进行调整，从而可以更好的启动主风机电动机。高压变频器主要由变压器柜、功率单元柜、冷却系统、人机界面、控制系统、旁路柜等几部分组成，高压变频启动装置是由多个功率模块串联而成，从电网送来的三相交流电，经移相变压器，由其副边二次线圈电压逐个移相供电给功率单元，通过将多个低压功率模块的输出叠加起来得到高压输出，从而改变电动机频率和电压，达到一种理想的启动特性，是目前的最优启动设备。

以上提供的三种方案是伴随着我国化工行业在不断的发展和更新产生的。液阻软起动装置本身的缺点是基于液阻限流，会致使液阻箱容积增大；温升的原因导致其软起动的重复性差；液阻柜内的水还需定期补充并且还受低温环境的限制，这些因素导致目前已经大部分的被固态降补软起动装置所替代。但固态降补软起动装置和液阻软起动装置其特点大致相同，现将这两种方案与高压变频启动装置做一下比较。这两种方案一般都是一拖二设计，液阻软起动装置配有液阻柜室、高压室。降补固态软起动装置设计有采用外挂式油浸电力电容、变压器室，这些还必须与高压配电室分开配置，这两种方案综合占地多，还造成电缆投资浪费。启动电流一般控制在1.5～2倍以上的额定电流，还避免不了对电网的冲击；加速时间不可调，加速曲线不可调，无法实现无冲击飞车启动；有启动次数要求，不可连续启动；相比高压变频启动装置综合占地集中，能够实现无冲击飞车启动，也可以多次连续起动并且启动电流为0.3～0.7倍电机额定电流，对电网冲击小。综上所述，固态降补软起动是目前替代液阻软起动的理想方案，而高压变频启动方案的优越性还要远远大于高压固态软启动启动方案。制约变频启动方案应用的主要因素是受成本价格制约，液阻软起动装置售价低廉仍有使用，高压变频启动装置一次性投资太大也制约了其推广，目前应用最多的还是固态降补软起动装置。

随着科技的进步，电力电子技术的发展，新的功率器件的不断涌现，高压变频器的价格随之进一步下调，当高压变频器与固态降补软起动两者成本和价格基本接近的时候，就是固态降补软起动被高压变频器替代的分水岭，在科技发展的将来也不排除有其他的方案来更好地替代这三种方案，让我们拭目以待吧。