电动机软启动器在排水系统的应用.pdf

第 3 0卷 第 9期 2 0 0 8年 9月 华 电擞 术 Hua d i a n T e c hn o l o g y Vo l _ 3 0 No 9 S e p 2 0 08 电动机 软启 动器在排水 系统 的应用 Ap p l i c a t i o n o f e l e c t r o mo t o r s o f t s t a r t e r i n d r a i n a g e s y s t e m 李载 源 ( 广东仁化锦江电力开发总公司， 广东 仁化5 1 2 3 0 0) ( G u a n g d o n g R e n h u a E l e c t r i c P o w e r D e v e l o p me n t G e n e r a l C o r p o r a t i o n ， R e n h u a 5 1 2 3 0 0， C h i n a ) 摘要 ： 介绍 了电机软启动 器的基本原理和功能 ， 分析 了其在水 电站排 水 系统 中的应用情 况。对 电机软启动器 与传统电机控制方式进行了比较， 指出了其相对传统控制方式的优点， 并给出了传统控制方式改进的建议。 关键 词 ： 电机软 启动器 ； 水 电站排 水 系统； 电机控制方式 中图分类号： T M 3 0 6 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 0 8 ) 0 9 0 0 5 3 0 3 Ab s t r a c t ： T h e e s s e n t i a l p r i n c i p l e a n d f u n c t i o n o f e l e c t r o mo t o r s o ft s t a r t e r w e r e i n t r o d u c e d ，t h e a p p l i c a t i o n o f t h e s o ft s t a r t e r i n dr a i n a g e s y s t e m o f h y d r o e l e c t r i c po we r s t a t i o n wa s a na l y z e dThe s o f t s t a r t e r wa s c o mp a r e d wi t h c o n ve n t i o n a l e l e c t r o mo t o r c o n t r o l mo d e，t h e a d v a n t a g e s o f s o ft s t a r t e r o v e r c o n v e n t i o n a l e l e e t r o mo t o r c o n t r o l mo d e we r e p oi n t e d O Ut ，a nd t h e i mp r o v e me nt pr o po s a l f o r c o n v e nt i o na l c o n t r o l mo de wa s g i v e n Ke y wo r d s ： e l e c t r o mo t o r s o ft s t a r t e r ；h y d r o e l e c t r i c p o w e r s t a t i o n d r a i n a g e s y s t e m ；e l e e t r o mo t o r c o n t r o l mo d e 0 引言 锦江电站建成于 2 0世纪 9 0年代初 ， 各 电气设 备都相对落后。在最近的计算机监控系统改造中， 对集水井排水泵 电动机的控制采用 了近年发展起来 的电动机软启动器 ， 取代了原有的 Y一启动方式。 水 电站集水井排水是非常重要的， 哪怕有一次 因故障不能抽水 ， 都可能导致水 淹水泵甚至水淹厂 房。集水井排水系统 由2组 I S 1 5 01 2 53 1 5型水 泵配置 Y 2 O O L一 4( 3 0 k W) 型电动机和底 阀、 碟 阀、 止回阀、 D N1 5 0钢管等构成。出水管路预埋 在混凝 土中固定 ， 出水 口在尾水位以下 ， 管内长期充满有压 收稿 日期 ： 2 0 0 8 0 81 4 力的水 ， 底 阀到尾水面有 1 6 1 i 3 的高差。其特点是 电 动机功率大、 启动电流大、 水泵扬程高、 排水量大。 基于集水井排水 的重要性 ， 要求水泵控制必须可靠 和稳定 。 1 传统的电动机启动 电动机的控制在改造之前是 Y一启动方式 ， 启动时的冲击电流比较大， 且有二次电流冲击， 威胁 厂用 电供 电安全。该启动方式最主要 的缺点是直接 停泵。由于是瞬问停泵， 水泵的扬程高、 流量大， 停 泵时止回阀、 底 阀也 瞬时关 闭使管道 内产生 的“ 水 锤” 效应很大 ， 造成对止 回阀、 底 阀、 水泵的反惯性 冲击 ， 导致底阀破裂漏水 ； 同时剧烈的振动也会使法 兰 间的止水胶垫破损而导致管道漏水 ， 使水泵抽不 。 。 ( )。 。 。 。) ) 。 ( ) 。( )，( ) 。 参考文献 ： 力， 2 0 0 4 ( 3 ) ： 5 7 5 8 1 周菊华， 黄生琪 锅炉给水泵运行故障判断的基本方法 J 华东电力， 1 9 9 5 ( 7 ) ： 4 1 4 2 2 王家良 C 0 4 6电动调速液力偶合器故障分析和处理 J 华东 电力 ， 1 9 9 4 ( 2 ) ： 4 8 5 0 3 黄俊 给水泵流量减小典型故障分析及处理 J 湖南 电 ( 编辑： 白银 雷) 作者简介 ： 黄伟( 1 9 7 O 一 ) ， 男 ， 江西 萍乡人 ， 江 西 省萍 乡发 电厂 助理 工 程 师 ， 从事火电厂汽轮机水 泵检修方 面的工作 。 5 4 华 电技术 第 3 O卷 上水的状况时有发生。水泵的基座在止回阀的冲击 下产生移动， 久而久之使水泵 的轴心与电动机轴心 偏离而烧坏轴承。总之， 水泵因瞬时停泵而引起的 “ 水锤” 效应会导致一系列 的严重后果。 2 软启动器 的基本原理和功 能 2 1 电动机软启动器的基本原理 电动机软启动器是一种集电动机软启动 、 软停 车、 轻载节能和多种保护 功能于一体的 电动机控制 装置 。它主要 由 2部分构成 ： 信息采集处理并 给出 指令 的集成控制系统 ； 执行 系统 由串接于电源与被 控电动机之间的三相反并联闸管构成 。微处理器采 集 电网的同步信号 、 电流信号和电动机功率因数角 ， 控制软件根据这 3个参数 的变化 ， 应用 晶闸管相移 技术 ， 控制触发三相反并联晶闸管的导通角 ， 使加在 电动机上的电压按一定规律慢慢达到全电压 ， 从 而 实现软启动电动机 的 目的。软启动器 体积小 、 转矩 可以调节 、 启动平稳冲击小并具有软停机功能等优 点 ， 在各种 电动机控制领域得到了广泛 的应用。 2 2 电动机 软启 动器 的启 动方 式 电动机软启动器 的启动有斜坡升压软启动 、 电 流限幅启动 、 阶跃启动及脉冲冲击启动。 斜坡升压软启动过程是从加入启动信号开始 ， 系统软件首先施加 2 0 0 4 0 0 I l l S的固定延时用于系 统 自检 ， 然后 由系统输出一个脉冲 ， 即打开一定的晶 闸管导通角 ， 使三相反并联晶闸管导通 ， 加到电动机 端子一个 电压 以克服静摩擦转矩 ， 这个 电压为软启 动基值 电压 ， 可设定 。之后 ， 继续加大晶闸管导通角 使输出电压线性上升 ， 从软启动基值电压无级增加 到最大电压。在加速斜坡结束时 ， 加到 电动机端子 上的电压等于 电网输入 电压 ， 启 动过程完成。由于 不 限流 ， 在 电动机启动过程中， 有时要产生较大的冲 击 电流 ， 使 晶闸管容易损 坏 ， 对 电网影 响也 比较大 ， 实际很少应用。 电流限幅启动是在电动机启动的初始阶段启动 电流逐渐增加 ， 通过电流反馈实施闭环控制 ， 当电流 达到预先设定的值后保持恒定 ， 直至启动完毕 ， 如图 1 所示 。在实 际应用 中， 启动 电流 上升变化的速率 可 以根据电动机负载调整设定 ， 电流上升速率大 ， 则 启动转矩大 、 启动时间短。这种启动方式能实现连 续转变 的启动控制无突跳现象 ， 可实现电动机平滑 启动并大大减少机械传动部分的冲击 ， 大大延长机 械传动系统的使用寿命 ， 实际应用也较多。 阶跃启动 、 脉冲冲击启动这 2种启 动方式在排 图 1 电流 限幅启 动 水系统中的应用也较少 。 2 3 电动机软启动器的轻载节能功能 软启动器具有轻载节能 的功能 ( 如 图 2所示 ) 。 在电动机启动完后的运行 当中实时检测 电动机的功 率因数( 功率 因数随 电动机 的负载轻 重而变化 ， 负 载率低时功率 因数小 ， 反之就大 ) ， 若 功率 因数小 ， 则通过 C P U给出指令使 电动机 的端电压降低 ， 反之 升高 。轻载时 ， 电动机的工作 电压降低 ， 使 电动机的 铜损和铁损降低 ， 从而达到节能 目的。 最低 电流 U曲线 l f I ， ， 功率因数负载曲线 最低 电压 图 2节能运行示意 图 2 4 电动机软启动器的保护功能 电动机软启动器在运行时引进 了电流控制环 ， 因而可随时跟踪检测 电动机 电流的变化状况 ， 并通 过增加过载电流的设定和反时限控制来实现过载保 护： 在电动机过载时， 关断晶闸管并发出报警信号。 软启动器还随时检测三相线电流 的变化 ， 一旦发生 断流 ， 即可作出缺相保护反应。软启动器还有通讯 的功能 ， 能实现远程控制或计算机 自动控制。 2 5 电动机软启动器的通讯功能 电动机软启动器的通讯功能在计算机监控系统 改造 中得到了很好 的应用 ， 通过 R S 4 8 5串口与公用 L C U交换数据 ， 使用 现在 常用 的 内部协 议 m o d b u s 协议 ， 针对水泵运行工况进行实时监控 。 第 9期 李载源： 电机软启动器在排水 系统的应 用 5 5 2 6 电动机软启动器的停车方式 电动机软启动器有 自由停车 、 软停 车及制动停 车等几种不同的停车方式。电动机软启动器最重要 的一种功能就是软停 车 ， 在排 水系统 的电动机控制 中其作用尤为突出。软启动器中的软停车功能是当 软启动器接收到停 车的指令时 ， 晶闸管从全导通逐 渐地减小导通角 ， 直到切断电压 ， 这时 ， 开始封锁加 在功率晶闸管上的脉冲， 经过一定 时间过渡到全关 闭的过程 。电动机 的端子 电压从 缓慢 下降 ， 在 电压下降瞬间电动机电流会有一个小的电流冲击， 然后电动机电流会 随电压 的下降而下降， 直至电动 机停下来 。电压斜坡下降的时问可根据需要设定 。 2 0 ， 停止方式为 d ( 设 为 d的意思是通过控制力矩 软停车 ， 软启动器对 电机施加一个力矩 以便其按斜 坡逐渐减速停车以消除“ 水锤” ) 。停止方式一定要 设对 ， 如设为其他方式就失去 了使用软启动器的意 义。按标准设定好有关 的保护参数后启动试运行 ， 用嵌型电流表监测启动 电流和启动后 的运行 电流都 明显小于使用传统的启动运行方式 ， 成功启 动运行 1 0 ra i n后 ， 人工输入一个停止命令 ， 电动机开始逐渐 减速慢慢到 自由停止 ， 止回阀、 底 阀同时关闭 ， 没有 了以往 的强烈振动， 整个过程很平稳 ， 没有出现“ 水 锤” 效应。软启 动软停 车试运行成功后 ， 接着做各 种保护功能和远程监控的试验， 都达到 了预期 目标。 3 软启动器控制的电动机启动4 改造后的效果和意义 根据软启动器 的原理和功 能， 在计算机监控 系 统改造后 ， 可以实现无人值守远程监控 ， 在 中央控制 室的上位机可以直接监控到水泵的启动、 运行 、 停止 等工作情况 。 3 1接线方式 接线方式采用不可逆带进线接触器 ， 自由停车 或可控停车 ， 利用转矩控制技术启动 ， 使电动机启动 电压 以恒定的斜率平稳上升， 尽量减小启动电流 ， 减 小对电网的冲击， 减小负载的机械冲击。 3 2调试运行 软启动装置安装完成后要认真核对接线是否正 确 ， 控制线应和动力 电缆保持隔离 ， 并用数字万用表 高阻挡检查软启动器 中晶闸管 的绝缘情况。新的软 启动器( 冷态时) 每组 晶闸管输人 输出端子 间测量 电阻值应在 1 3 MQ左右 ， 相间( 相 问未接控制 回路 时) 、 相对地测 量电阻值应该为无穷 大。在 电动机 与软启动器连接前 ， 检查 电动机和电缆 的绝缘状态 ， 绝缘电阻应符合相关规定 ， 检查确认无误后将 电动 机连接到软启动器输出端 ， 然后把控制 电源投上设 定参数 ， 主要对电动机 的额定 电流、 限制 电流、 加速 斜坡时间、 初始启动力矩 、 停止方式等进行设置。根 据水泵 的实 际情况 ， 设定额定 电流为 7 5 A， 限制电流 为 2 0 0 ， 加速斜坡时 问为 1 5 s ， 初始启 动力矩 为 软启动器在这次的改造中充分发挥 了其在排水 系统水泵电动机控制 中的优势 ， 其 多种功能得到了 很好地应用 。虽然电动机功率较大 、 扬程高 ， 但 由于 运用了电动机软启动 ， 启动电流小而无二次 电流冲 击 ， 即使 2台泵同时启动 ， 对厂用 电供 电也没有太大 的影响， 大大提高了厂用电供电的可靠性和供电质 量 ， 并避免了冲击 电流的产 生对计算机监控 系统通 讯的干扰 。在意外 的情况下软启动器还会对电动机 作出保护 ， 特别是 当柴油发 电机供 电时更能体现出 来 。在停泵时采用软启动器的软停车功能 ， 适当延 长停泵时间， 避免产生“ 水锤 ” 效应 。最大程度地减 少 了不必要的机械设 备损 害， 延长 了机械设备的使 用寿命 ， 从而减少 了维护费用和维护工作量。经过 2年多的运行 ， 没有发生故障。 综上所述， 软启动器的各种性能都明显好于传 统的启动方式 ， 在今后排水系统的设计 和改造 中应 当优先选用 。 ( 编辑 ： 白银雷) 作者简介 ： 李载源 ( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 广东仁化人 ， 广东仁化 锦江 电力开 发总公 司助 理工程师 ， 从事 水电站 电气设备安装 、 检修及测试方面的工作 。