大型空分高壓電動(dòng)機起動(dòng)裝置的比較

62007年第3METALLURGICAL POWER總第121大型空分高壓電動(dòng)機起動(dòng)裝置的比較薛仲剛,潘玉鵬,劉金霞山東省冶金設計院山東萊亮27104)摘要】主要論述了空分裝置配套大型電動(dòng)機的軟起動(dòng)介紹了當前國內國際正在應用和新推出的幾種中壓軟起動(dòng)裝置并對它們的性能作了比較以期對相關(guān)設備的設計選型和運行維護有所幫助?！娟P(guān)鍵詞】軟起動(dòng)變頻;晶閘管;磁控;液阻;性能比較【中圖分類(lèi)號】TM34【文獻標識碼】B【文章編號】100667642003-00604Discussion on Startup Device of High-Voltage Motor for Large Air CompressorXUE Zhong-gang, PAN Yu-peng, LIU Jin-xiaShandong Instinte of Metallurgy Designing, Laiwu, Shandong 271104, China)Abstract】Thdiscuseed. The currentlhome and abroad were presented and their properties were compared, so as to give a refer-1概述2大型交流電機軟起動(dòng)必要性的分析近年來(lái)由于鋼鐵石化行業(yè)飛速發(fā)展空分設備21電動(dòng)機直接起動(dòng)的分析的等級不斷提高,其所配套的壓縮機電機容量也越大功率交流電機直接起動(dòng)會(huì )產(chǎn)生一系列電氣和來(lái)越大,如萊鋼近兩年新上的4臺22000m}h制機械問(wèn)題。氧機配套空壓機電機均為10000kW,萊鋼冶金電氣方面:起動(dòng)時(shí)可達5~7倍的額定電流造廠(chǎng)區容量超過(guò)4500kW的大型電動(dòng)機已達26臺,成電動(dòng)機繞組因電流引起過(guò)溫從而加速絕緣老化導致6-10千伏級中壓電網(wǎng)供電負荷與容量之間的造成供電網(wǎng)絡(luò )電壓波動(dòng)大當電壓≤085時(shí),影響矛盾加劇,加大了對于中壓軟啟動(dòng)裝置的需求。因其他設備的正常使用。此如何科學(xué)、合理地選擇大型高壓電動(dòng)機的起動(dòng)裝機械方面過(guò)大的起動(dòng)轉矩產(chǎn)生機械沖擊對被置,已成為現實(shí)面臨的一大課題。拖勁的設備造成大的沖擊力縮短使用壽命影響精對于高壓電動(dòng)機在電網(wǎng)容量和工藝條件允許的確度如使聯(lián)軸器損壞、增速器齒輪箱損壞等;造成情況下可以直接啟動(dòng),如果電動(dòng)機的啟動(dòng)對電網(wǎng)或機械傳動(dòng)部件的非正常磨損及沖擊加速老化縮短壓縮機沖擊較大,造成電網(wǎng)壓降過(guò)大(標準規定的壽命。最大允許值為15%),或者工藝條件不允許的情況22有級降壓起動(dòng)的分析下就不能直接起動(dòng)。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的進(jìn)步及電有級降壓起動(dòng)主要是指電抗器和自耦變壓器起力半導體器件在高電壓大電流等方面水平的提高,動(dòng)方式:中壓變頻軟起動(dòng)裝置、中壓晶閘管固態(tài)軟起動(dòng)裝置(1)電動(dòng)機在改變其端電壓時(shí)的轉矩特性,轉在國外相繼出現如美國 Benshaw公司于1988年推矩與電壓的平方成正比出的世界上第一臺中壓晶閘管固態(tài)軟起動(dòng)器。2002年以來(lái),幾種國產(chǎn)中壓軟起動(dòng)裝置新產(chǎn)品也應運而串電抗器后起動(dòng)電流成正比減小起動(dòng)轉矩則生這就是中壓磁控軟起動(dòng)裝置開(kāi)關(guān)變壓器軟起動(dòng)成平方關(guān)系地減小,因此電抗器阻值的選擇必須依裝置和中壓晶閘管固態(tài)軟起動(dòng)裝置。據電機起動(dòng)的阻力矩的情況,只有起動(dòng)轉矩大于阻冶金動(dòng)力總第121期METALLURGICAL POWER力矩電機才能順利起動(dòng)。這就要求串入電抗器后電設備的沖擊,控制靈活,重復精度高,具有完善的電機的端電壓不能太小,一般選擇不低于07Un,其起機保護。動(dòng)電流也在直接全壓起動(dòng)電流的07倍左右。為了固態(tài)軟起動(dòng)器的輸出響應非?？燧敵鲭妷簩σ茰p小起動(dòng)電流總希望電抗值大一些,但這樣又容易相控制信號的平均響應時(shí)間只有33ms它可以有三造成起動(dòng)失敗為了保證起動(dòng)的成功率電抗值就要種起動(dòng)方式最常用的是采用電壓斜坡控制使軟起小一些但這樣起動(dòng)電流又偏大,所以電抗器適合于動(dòng)器輸出電壓隨時(shí)間線(xiàn)性上升直到全電壓輸出。在電網(wǎng)容量較大和負載(起動(dòng)時(shí))比較穩定的情況。采用電流反饋的情況下可以保證起動(dòng)電流恒定。(2)與電抗器降壓起動(dòng)相比在獲得同樣起動(dòng)轉由于目前電力電子制造業(yè)能夠提供SCR的耐壓矩的情況下,自耦變壓器降壓起動(dòng)需電網(wǎng)提供的起動(dòng)有限需要用幾個(gè)SCR串聯(lián),要求SCR器件有很好的電流較小對電網(wǎng)電壓的影響也小,適合于阻力矩比致性,SCR的導通和關(guān)斷有很好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的同較大的情況以及電網(wǎng)短路容量較小的情況其性能步性。國內的產(chǎn)品還剛起步不久,應用在2000kW優(yōu)于串電抗器起動(dòng)自耦變壓減壓起動(dòng)的主要缺點(diǎn)是以上的大型電動(dòng)機的業(yè)績(jì)還不是很多,目前國外的在開(kāi)關(guān)切換的過(guò)程中仍然有較大的轉矩突變存在 Benshaw、 Rockwell, Motortronlcs等公司已經(jīng)做到了對電網(wǎng)及設備的二次沖擊,且切換開(kāi)關(guān)較多。20000kW以上,但其產(chǎn)品價(jià)格還比較貴。3大型中壓交流電機軟起動(dòng)的主要方式該裝置本身功耗很小,可以連續起動(dòng),可以一拖多目前中壓電動(dòng)機軟起動(dòng)裝置主要有:變頻軟起機。對于有多臺壓縮機的場(chǎng)合還是比較經(jīng)濟的,可動(dòng)晶閘管固態(tài)軟起動(dòng)開(kāi)關(guān)變壓器軟起動(dòng)磁控軟優(yōu)先考慮。起動(dòng)液體電阻它們的性能價(jià)格功能差異很大除變頻軟起動(dòng)、晶閘管固態(tài)軟起動(dòng)、開(kāi)關(guān)變壓器軟起動(dòng)外,其他都屬于降壓軟起動(dòng)。31中壓變頻軟起動(dòng)裝置變頻器主要是用在交流電動(dòng)機調整上,具有明顯的節能效果,特大型電動(dòng)機(10000kW以上)以前多選用變頻器來(lái)作軟起動(dòng)裝置。用變頻器做軟起動(dòng)裝置其性能是非常理想的它的電壓和頻率都能連續可調,保持電動(dòng)機有較小的轉差率可以做到起動(dòng)電流接近電動(dòng)機額定電流,(a)直接形式(b)開(kāi)關(guān)變壓器形式起動(dòng)力矩大起動(dòng)過(guò)程中保持08-09的功率因數圖1晶管中壓電機軟起動(dòng)單線(xiàn)圖具有很好的起動(dòng)性能,但是采用變頻器起動(dòng)需要采在圖1(b)中,開(kāi)關(guān)變壓器式中壓電機軟起動(dòng)用同步切換技術(shù)即在電動(dòng)機達到額定轉速后要使裝置是用開(kāi)關(guān)變壓器來(lái)隔離高壓和低壓,其低壓繞變頻器輸出電壓的頻率、相位和幅值與電網(wǎng)電壓完組與晶閘管和控制系統相連,通過(guò)改變其低壓繞組全相同,然后才能將電動(dòng)機接到電網(wǎng)的真空接觸器上的電壓來(lái)改變高壓繞組上的電壓,從而達到改變合閘再將變頻器輸出至電機的真空接觸器斷開(kāi)同電動(dòng)機端電壓的目的以實(shí)現電動(dòng)機的軟起動(dòng)其特步切換一方面技術(shù)比較復雜另一方面成本較高。點(diǎn)是開(kāi)關(guān)變壓器低壓側電壓低,不需采用可控硅的目前采用的中壓變頻器軟起動(dòng)裝置主要從國外串聯(lián)技術(shù)在起動(dòng)過(guò)程中開(kāi)關(guān)變壓器始終處于開(kāi)和進(jìn)口隨著(zhù)變頻技術(shù)的進(jìn)步及價(jià)格的降低,變頻器作關(guān)兩種工作狀態(tài)其損耗很小。該產(chǎn)品已由哈爾濱帕為軟起動(dòng)裝置的應用會(huì )越來(lái)越多,相信最終將取代特爾科技公司研制成功并投入使用實(shí)際運行比較其他軟起動(dòng)方式。理想,其價(jià)格約為進(jìn)口產(chǎn)品30%左右。32中壓晶閘管固態(tài)軟起動(dòng)裝置33中壓磁控軟起動(dòng)裝置中壓電動(dòng)機采用固態(tài)軟起動(dòng)器的接線(xiàn)見(jiàn)圖1。磁控中壓電動(dòng)機軟起動(dòng)裝置的原理接線(xiàn)圖如圖品閘管固態(tài)軟起動(dòng)是用微電腦控制晶閘管導通2所示。角以調節輸出電壓電流。這種裝置的起動(dòng)性能能磁控軟起動(dòng)裝置是從電抗器起動(dòng)衍生出來(lái)的達到全方位的軟起動(dòng)即電壓電流都能從零起連續磁控軟起動(dòng)的主要特點(diǎn)是用可控制的飽和電抗器取可調,能完全免除對電網(wǎng)的沖擊和對電動(dòng)機及機械代電抗器在磁控軟起動(dòng)裝置里SCR三相橋式整流冶金動(dòng)力200年第3期METALLURGICAL POWER總第121期電路通過(guò)調節飽和電抗器控制繞組中直流的大小改把大量的能量消耗在水電阻上,然后逐漸向電動(dòng)機變鐵芯的飽和度從而改變電抗值的大小來(lái)控制電轉移能量使電動(dòng)機升速。起動(dòng)期間串聯(lián)電阻的功動(dòng)機的起動(dòng)電流耗很大在該裝置里飽和電抗器有兩個(gè)作用,即功率的液阻的連續調節靠的是極板間距,拖動(dòng)極板的放大作用和高低壓隔離作用。磁控軟起動(dòng)裝置的控是伺服電機這類(lèi)裝置可按開(kāi)環(huán)或閉環(huán)方式工作按制核心是PLC,它接受電流反饋信號,輸出觸發(fā)脈開(kāi)環(huán)方式工作時(shí),伺服電機轉速是恒定的;按閉環(huán)方?jīng)_,實(shí)現電流閉環(huán)控制式工作時(shí),伺服電機轉速按偏差自動(dòng)調節。磁控制軟起動(dòng)的優(yōu)勢:熱變電阻器極板不動(dòng),電阻的調節依靠電解液(1)成本低,壽命長(cháng);的負溫度特性,不需要伺服控制系統。該裝置只能按(2)可靠性高耐受惡劣環(huán)境的能力強維護工開(kāi)環(huán)工作,無(wú)法實(shí)現閉環(huán)控制。作量小;(3)空間利用率高(裝置的電控部分和飽和電抗器以前裝在一個(gè)柜子里,全部設備均在主配電室內);Q(4)總諧波畸變率較小;(5)可控性好,參數設定方便;(6)能重復起動(dòng)重復精度高,可以一拖多機。但它尚有如下弱點(diǎn):(1)起動(dòng)電流的調節范圍偏小,一般在(254)L以?xún)?(a)接電動(dòng)機進(jìn)線(xiàn)側(b)接電動(dòng)機星點(diǎn)側(2)有01秒量級的慣性,這使磁控軟起動(dòng)的圖3液阻中壓電機軟起動(dòng)單線(xiàn)圖快速性比晶閘管軟起動(dòng)慢一個(gè)數量級;液體電阻的優(yōu)點(diǎn)(3)輔助電源容量較大(1)不產(chǎn)生高次諧波(4)軟起動(dòng)過(guò)程中裝置會(huì )發(fā)出一些噪聲。(2)因電流相位相對于電網(wǎng)電壓的滯后角較磁控中壓軟起動(dòng)裝置在2002年已由天津先導小,同樣電流引起的電壓降比純電感性的軟起動(dòng)裝機電公司研制成功并投入使用,實(shí)際運行穩定可靠,置小;武漢克銳爾公司2005年也有類(lèi)似產(chǎn)品投放市場(chǎng),目(3)裝置的成本低。前已投運單機最高功率為6000kW但液體電阻的工作原理和結構決定它有如下的致命弱點(diǎn):(1)難于實(shí)現軟起動(dòng)仿真。液體電阻器的仿真存在很大的難度。難度在于很難獲知數學(xué)模型受許多因素的影響,如環(huán)境溫度、電液介質(zhì)極板、空間等,因此起動(dòng)電流的控制精度較差變化范圍較大,QF2一次起動(dòng)成功率較低。(2)在起動(dòng)過(guò)程中隨著(zhù)熱量的積累溫度上升,電阻變化較大這就使得它在二次起動(dòng)之間必須充分冷卻。因此不宜連續起動(dòng)對熱變電阻尤為明顯。(a)接電動(dòng)機進(jìn)線(xiàn)側(b)接電動(dòng)機星點(diǎn)側(3)即使采用電流閉環(huán)控制,因響應速度慢,如圖2磁控中壓電機軟起動(dòng)單線(xiàn)圖要做轉矩控制會(huì )更困難。34液阻軟起動(dòng)(4)由于電解液受熱會(huì )揮發(fā)需要不斷補充并液阻軟起動(dòng)裝置的原理接線(xiàn)圖如圖3所示。且電極會(huì )電解掉需要定期更換。電解液揮發(fā)所帶來(lái)液體電阻由水和電解質(zhì)組成,利用極板的移動(dòng)的鹽霧會(huì )腐蝕周?chē)碾姎庠O備。因此非但它本身的或通電后水溫的變化來(lái)達到調節電阻的變化。前者壽命不長(cháng),而且也會(huì )影響其他電氣設備的壽命簡(jiǎn)稱(chēng)“液阻”,后者簡(jiǎn)稱(chēng)“熱變電阻”。起動(dòng)時(shí),二者(5)由于液阻箱體積大,占用空間就大,勢必增30年第3期冶金動(dòng)力METALLURGICAL POWER加額外投資。從使用的情況來(lái)看其最根本的問(wèn)題還難以解決這(6)電解液的魚(yú)溫度特性也決定了該裝置受環(huán)種起動(dòng)器只能是現階段的一個(gè)過(guò)渡產(chǎn)品,已有被固境溫度影響較大,尤其是在我國北方地區,冬季和夏態(tài)軟起動(dòng)器代替的趨勢。季環(huán)境溫差可達50℃,冬天就必須設取暖設施增4各種軟起動(dòng)的性能比較加了投資,也增加了運行成本。各種軟起動(dòng)的主要性能和工作特點(diǎn)如下:另外,液阻的調節需通過(guò)傳動(dòng)機構降低了可靠(1)自耦變壓器有級降壓軟起動(dòng)在降壓的同時(shí)性。而熱變電阻盡管不需伺服機構但是以犧牲可控可以使電網(wǎng)電流得到與<1的降壓比成反比的放大性為代價(jià)。由于熱變電阻是根據溫度變化進(jìn)行開(kāi)環(huán)(2)晶閘管:用微電腦通過(guò)晶閘管實(shí)現軟起動(dòng),調節使得每次起動(dòng)時(shí)的性能不可能一致連續起動(dòng)調節快速性好閉環(huán)控制,帶電機保護操作菜單化。時(shí)的電流越來(lái)越大,導致繼電器保護整定動(dòng)作這就(3)磁控:蛹PLC通過(guò)磁飽和和實(shí)現軟起動(dòng),是重復性問(wèn)題,重復性指的是不同軟起動(dòng)過(guò)程的一調節快速性好,閉環(huán)控制,操作菜單化。致性,是軟起動(dòng)的重要指標之一。而熱變電阻對環(huán)境(4)液阻:離子導體由極板間距控制電阻,可閉溫度的變化網(wǎng)壓的波動(dòng)毫無(wú)辦法。環(huán)控制。在國外早期有液阻軟起動(dòng)產(chǎn)品,不過(guò)都是串聯(lián)(5)熱電電阻:離子導電,靠電解質(zhì)電導率的負在繞線(xiàn)電機轉子回路里現在已不再使用。前幾年開(kāi)溫度特性改變阻值始,國內較多廠(chǎng)家已經(jīng)將水電阻應用到中壓電機的(6)變頻:本質(zhì)上不同于降壓軟起動(dòng)。限流不犧起動(dòng)上,在技術(shù)上進(jìn)行了創(chuàng )新并有相當數量的產(chǎn)品牲轉矩。帶電機保護操作菜單化投入使用,容量也已經(jīng)做到了15800kW。但是,以上軟起動(dòng)的性能比較見(jiàn)表1。褒1各種軟起動(dòng)的性能比較軟起動(dòng)控制方式軟停止高次諧波重復性連續啟動(dòng)使用壽命起動(dòng)功耗維護工作量外形尺寸環(huán)境耐受設備費用其他配套投資自朝變壓器開(kāi)環(huán)難小穩定可以長(cháng)小較小較強較高晶閘管電流閉環(huán)易較大穩定可以長(cháng)小小較強較高磁控電流閉環(huán)較易較小穩定可以長(cháng)較小小小小大大較小液阻開(kāi)環(huán)、閉環(huán)較難較差不推薦短大低低高高熱變電阻開(kāi)環(huán)不能無(wú)差不可以短大大較弱變頻易可消除穩定可以.長(cháng)較小較小較弱低低高小較高眾所周知,起動(dòng)裝置對于大型電動(dòng)機能否正常件有限的情況下,才考慮采用何種軟起動(dòng)方式。由于運行至關(guān)重要而市場(chǎng)上的生產(chǎn)廠(chǎng)家眾多,產(chǎn)品的形各地環(huán)境不同,比如在北方,就不宜使用液體類(lèi)產(chǎn)式性能也不盡相同通過(guò)前面對各種中壓起動(dòng)裝置品,宜采用固態(tài)軟起動(dòng)。在經(jīng)濟性方面除了自身裝的起動(dòng)方式和優(yōu)缺點(diǎn)的論述,希望對合理地選擇適置的費用外,還應綜合考慮其使用年限、安裝成本合本行業(yè)的起動(dòng)裝置能有所幫助。運行成本、配套設施部分費用?？傊畱鶕唧w情起動(dòng)方式的選擇原則首先要確保設備簡(jiǎn)單、安況,進(jìn)行綜合比較得出最理想的結果。全、可靠操作維護方便起動(dòng)一次成功。就空分行業(yè)收稿日期:2006-11-30而言大型電動(dòng)機主要用于壓縮機拖動(dòng)其工作方式作者簡(jiǎn)介;薛仲剛(192-),男,195年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)電力系為不頻繁起動(dòng)供電電源相對獨立在電網(wǎng)和機械允魏及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè),工程師,現從事電氣工程設計工作許的情況下可以采用諸如電抗器等形式。在電網(wǎng)條(上接第2頁(yè))尚屬最新電能質(zhì)量控制技術(shù),全球范降低設備對電壓叫陷的敏感度。圍內的應用最近幾年剛剛開(kāi)始,且裝置價(jià)格較高約參考文獻在2500~3000元№VA左右投資大。以三鋼高線(xiàn)(肖湘寧.電能質(zhì)量分析與控制北京:中國電力出版社廠(chǎng)為例,要裝設3700kA大容量的DvR,至少需孫樹(shù)勤電壓波動(dòng)與電壓閃變北京中國電力出版社投資925萬(wàn)元以上不經(jīng)濟。因此在目前情況下解收稿日期:2006-11-28作者簡(jiǎn)介:王大居(1971-)男,199年畢業(yè)于橘州大學(xué)電氣系電力決電壓凹陷最有效、最經(jīng)濟的的辦法還是積極采取系統及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè),工程師現從事高壓配電及自動(dòng)控制工作。組織措施、技術(shù)措施減少公用電網(wǎng)發(fā)生短路故障和