HDQ型磁阀式高压固态软起动装置使用说明书.doc

武汉海澳电气有限公司
HDQ型磁阀式高压固态软起动装置

操

作

说

明

书

版本号：V2010.12

武汉海澳电气有限公司
（武汉大学电气工程学院）
目　录

一、概述 3
1.1 软起动原理及起动过程 3
1.2 产品性能特点 3
二、主要技术参数 5
三、柜体说明 6
3.1 柜体上的元件 6
3.1.1按钮及指示灯等 7
3.1.2人机界面 8
3.1.3柜内元件 8
3.2 柜体尺寸 8
四、磁阀式高压固态软起动控制器操作说明 9
4.1 概述 9
4.2 控制系统组成原理图 9
4.3 控制器三大部分功能操作说明 10
4.3.1 触摸屏 10
4.3.2 FPGA脉冲放大板 15
4.3.3 PLC 16
五、低压模拟实验 18
六、高压电机起车的必要条件 19
七、常见故障及维护 20
八、注意事项 21
九、柜体吊装注意事项 22
十、售后服务信息 23

一、 概述
1.1 软起动原理及起动过程
HDQ型磁阀式高压固态软起动装置采用高压可控电抗器技术，该技术以低压晶闸管为核心控制器件，通过控制晶闸管的导通角来改变控制绕组中直流电流的大小，改变铁芯的磁导率，从而改变高压绕组的阻抗，达到降压限流的目的，其阻抗变化过程与晶闸管类似，但克服了晶闸管耐压受限的缺点，尤其适用于超高压及超大容量电机。
在电动机的定子回路串入阻抗可以平滑改变的磁控电抗器，通过闭环控制系统，调整控制绕组中直流电流的大小，磁控电抗器的阻抗在预定的时间内由大到小自动无级减小，电机端电压逐渐上升至全压，实现电机软起动。
当高压电源进线柜断路器合闸时（1QF合闸），供电系统10kV电压加至电机和串联的磁阀电抗器两端。合闸瞬间，由于磁阀式软起动电抗器的电抗值较大，将电机的初始起动电流限制在额定值的1.5倍至2.0倍之间，故对电机的冲击很小。随后，控制磁阀式软起动电抗器的电抗值，使其快速减小，起动电流迅速增加到设定值（如2.8倍起动电流）。电机转速逐渐增加，阻抗逐渐增大，电机端电压逐渐增大，采用闭环控制，减小电抗器电抗值，使电机电流维持恒定（如设定的2.8倍额定电流值）。此时，电机端电压逐步增加，电机转速平滑上升。随着电机加速到接近额定转速，电机电流将下降至额定电流，当电流降至电机额定电流的1.1倍时，软起动柜发投全压信号给磁控柜内旁路接触器5KM2，5KM2合闸后使隔离接触器5KM1分闸，将磁阀软起动电抗器旁路，电机平稳进入全压工作状态，无任何二次冲击，起动过程结束。

1.2 产品性能特点
A. 该高压软起动装置的采用磁阀式可控电抗器，该可控电抗器应用独创的磁阀结构和极限磁饱和技术，以及自耦励磁结构，性能优良，可靠性极高：
l 将磁阀取代晶闸管阀组，系统谐波小，不会增加电网的谐波，同时也大大提高了软起动装置的可靠性；

磁阀式软起动 晶闸管软起动

l 先进的磁屏蔽技术及紧耦合结构，无漏磁；
l 起动电流调节范围大：可在1.5－4.0倍额定电流内任意调节，可以适用于带有各种负载的电机的起动：水泵、空气压缩机、主抽风机、除尘风机、烧结风机、球磨机等；
l 友好的人机界面，起动参数的设定、调整方便，可查阅6条历史曲线；
l 控制系统参数经调试设定后，无需更改，每次起动由系统自动完成，免维护，无额外的维护费用；
l 起动时耗能小，温升小，可无限次连续起动；
l 原创、先进的磁阀结构和极限磁饱和技术，经过多次起动，起动曲线基本一致，电机加速平稳，起动性能优异。起动时可确保电网压降最小，无二次浪涌电流冲击；
l 具有软停止功能，软停效果优异。
l 新型自励式结构，不需要大容量的励磁电源；
l 接线简单，安装方便，无需增加其它的安装费用：对于接于电机前端的软起动装置，只需接2根高压电缆（去高压电源柜1根、去电机1根）；对于接于电机后端的软起动装置，只需接1根高压电缆（去电机1根）；
l 采用国际领先的计算机仿真技术，整个起动过程可预测、可控制、可调整；
l 控制系统采用日本Pro-face触摸屏和德国西门子系列PLC，使控制器的控制精度和控制性能大大增强；
l 可选择二种起动控制模式：PID调节模式和加减调节模式，以满足不同工况精度的要求；
l 可通过PLC上的RS485串口监视起动的各类参数；
B．磁阀式可控电抗器本体采用真空浸渍工艺制造，干式敞开结构具有电压分布均匀，散热好、机械强度高、防潮、防腐蚀，使用寿命长等优点；

C．采用专利六柱一体化（ZL 2007 2 0088306.2）或大容量单相四柱式（ZL 2007 2 0088304.3）结构及磁屏蔽结构设计，噪音水平低，漏磁很小；
D．控制系统可实时显示起动曲线并记录，具有开关变位信息记录功能、故障记录和显示功能，具备与上位机的通信功能；
E．以西门子PLC作为控制器，应用FPGA高性能大规模集成芯片作为脉冲功率放大和国外品牌触摸屏作为人机界面，操作、调试方便，可靠性高；
F．检验手段先进，设备齐全。电抗器出厂试验严格、齐全，包括：工频耐压试验、感应耐压试验、直流大电流温升试验、可控电抗器跟踪调节测试、软起动装置整体联调试验等。特别是考验绕组匝间绝缘的感应耐压试验是该公司的独创技术：可在绕组两端施加2倍额定工作电压的试验电压，确保电抗器的安全；
G．该装置的控制系统经过最高级别的电磁干扰检测，可在比较恶劣的环境下可靠工作。

二、 主要技术参数
l 额定电压：3kV、6kV、10kV
l 额定功率：100—30000kW
l 限流范围：1.5—4.0可调
l 控制电源：AC220V/15A，50Hz
l 连续起动次数：无限制
l 起动时间：0—60秒可调
l 防护等级：IP22
三、 柜体说明
3.1 柜体上的元件
柜体正视图如图2所示。当联锁点连接妥当后，磁控软起动装置在整个起车过程中都是按照设定程序自动执行动作，基本不需要人为的操作。

图2　柜外正视图

图3　柜内正视图

图4　柜体尺寸示意图

3.1.1按钮及指示灯等
柜体上左面板装有5个灯、1个蜂鸣器。各指示灯均为起动状态指示，绿灯“HG2”、“HG1”分别表示“允许起动”和“主机运行”状态；红灯“HR1”、“HR2”分别表示“主机起动”和“故障脱扣”状态，另外红灯“HR3”为“控制电源”指示；蜂鸣器“HA1”用于故障状态下的报警；“紧急停车”按钮“SB”用于起动及运行过程中现场紧急停车，正常情况下不允许进行操作；电流表“PA”用于监视启动电流；电压表“PV”用于监视电抗器两端的电压降；带电显示器用于显示高压的输出状态；5EL1为照明指示灯，用于短时观察柜内的情况。

3.1.2人机界面
人机界面采用日本进口Pro-face触摸屏，具有极其友好的界面，便于对起动参数进行设定，调整方便，可查阅6条历史曲线；可实时显示起动曲线并记录，具有开关变位信息记录功能、故障记录和显示功能，具备与上位机的通信功能；

3.1.3柜内元件
“QF1”为空气开关（小型断路器），是控制电源AC220V电源的开关；“PLC”为可编程逻辑控制器，采用西门子S-200系列；“DY1”、“DY2”为＋24V电源，为触摸屏和触发脉冲提供电源，“DY3”为+15V、-15V、5V电源，为FPGA版提供电源；KA1、KA2、KA3、KA4、KA5为中间继电器，分别代表的功能是：“故障报警”、“主机起动”、“投全压”、“允许起动”、“主机运行”。

3.2 柜体尺寸
HDQ型磁阀式高压固态软起动装置的柜体采用镀锌钢板材质，标准尺寸为2300(高)×1400(宽)×1500(深)，采用电磁闭锁结构，防止在柜内带高压电的情况下被人打开。见图4。
四、 磁阀式高压固态软起动控制器操作说明
4.1 概述
本控制器是为磁阀式高压固态软起动装置而设计，用以调节可控电抗器的参数。整个控制系统由人机界面（触摸屏）、PLC和脉冲放大板三大部分组成。用户可结合自身负载情况按设定的参数，以恒流或爬坡控制模式完成电机的软起动过程。Pro-face触摸屏可实时监视电机起动电流，并保存六条曲线记录以供查阅；PLC主要用于逻辑控制；脉冲放大板主要产生+24V脉冲信号。三者有机结合在一起。

4.2 控制系统组成原理图

图5 控制系统原理

触摸屏和PLC通过通讯电缆连接，触摸屏发指令给PLC，PLC执行指令，同时PLC采集控制板的电流模拟量，进行比较等逻辑运算，达到一定条件后给FPGA板发允许脉冲输出信号，FPGA板将脉冲输出给晶闸管等电力电子器件；PLC根据逻辑发出指令给中间继电器等外部控制器件，再由控制器件完成剩余的控制功能。

4.3 控制器三大部分功能操作说明
4.3.1 触摸屏
触摸屏上电后自检，出现开机画面（如图3）；

图6 开机画面
轻点“磁阀式可控电抗器恒流启动控制器”进入“电机起动1”画面（如图4）；
或者不用操作，10S后自动进入“电机起动1”画面。

图7 电机起动（1）
再点“房子”图标，进入主菜单画面（如图5）；

图8 菜单画面

密码设置：初始密码为1234，可以根据需要改变用户密码；在“操作员”输入“0”，密码输入“1234”，点“锁头”图标，即可进入可设置参数画面（如图6）。“锁头”右边有计时时间显示，从正确输入密码并解锁后开始计时，在当前画面停留时间达到120s后自动加锁，加锁后不能设置参数，若需设置参数必须重新输入密码。

图9 可设置参数画面

轻点“运行参数”进入参数设定画面1（如图7）。
参数说明：“电机额定电流”是用户设置的电机的额定电流 ；
“软起动电流倍数”为需锁定的目标启动电流倍数，数值范围为0-5；
“起动结束倍数”指的是电机电流从启动电流掉到PLC发投全压信号时电流的电流倍数，数值范围为0-5；
“目标起始电流”是在启动过程中为防止过冲而设置的目标电流倍数的初始值，数值范围为0-5；
“目标控制步长”是指在启动过程中目标电流增长的速度，值越大，速度越快，最小值为0.0001，最大为1；
“起始角度” 是指可控硅的初始导通角，数值范围为0-178；
“最大角度” 是指可控硅的最大导通角，数值范围为0-178。

图10 参数设定（1）
轻点“向下”图标，进入参数设定画面2（如图8）。
“屏蔽时间”是开始起动时达到起动结束的电流值而不应该发投全压信号的值，数值范围为0-60；
“强投时间”为强行投全压的时间，数值范围为0-60；
“星点超时”是指起动之后PLC一直未收到星点短接信号而发故障信号的时间，数值范围为0-60；
“过流保护”是指为防止电抗器在起动过程中的电流过大而设置的电流倍数，延时时间是跳闸报警时间，数值范围为0-60；
“星点过流”是防止电抗器在起动完毕后还存在有大电流而设置的电流倍数，延时时间是跳闸报警时间，数值范围为0-60；
“运行设置密码”可以更改密码。

图11 参数设定（2）
轻点“向上”图标，回到参数设定画面1。轻点“房子”图标，回到主菜单画面，点“锁头”图标加锁后回到不可设置参数界面。
点“房子”图标，回到主菜单画面，点“历史曲线”，进入历史曲线查询画面（如图9），该触摸屏可以存6条历史曲线，超过6条的按始终把当前起动的曲线作为第一条来保存的原则依次往后存储。

图12 历史曲线查询

点“左箭头”图标，则是向后翻阅历史曲线，点“右箭头”图标，则是向前翻阅历史曲线，每条曲线可显示倍数、条数。
“清零”则是清除所有历史曲线，不可恢复，需要密码才可以操作（如图10）。

图13 清零操作

点“房子”图标，回到主菜单画面，点“操作记录”，进入操作记录画面（如图11），里面包括启动具体时间（月、日、小时、分、秒）、操作命令、启动过程、故障信息等内容。点“开始”后，再点“上”、“下”就可以向前或向后翻阅操作信息了，点结束就退出查询状态，点“房子”图标，就可以回到主菜单画面。

图14 操作记录
点“电机启动”，进入电机启动画面，等待现场实际起车命令。当出现故障时，会有故障提示（如图12），点“故障”，进入故障复位画面（如图13），即可查询故障信息。按“锁头”图标，即可消除故障报警，复位到原始状态。点“房子”图标后回到主菜单画面。

图15 电机起动（2）

图16 故障复位

注意：1. 两次起动时间间隔不得少于90s;
2. 本触摸屏无任何操作20分钟后自动进入待机状态，待机时无任何显示，轻点任何部位即可退出待机状态；
3．所有手动操作完成后必须要回到“电机起动1”画面。
4．二次系统的控制电源必须长时间供给，停电时间不应超过24小时。

4.3.2 FPGA脉冲放大板
脉冲放大板的各部分接线原理如图所示，具体接线见随机资料。

图17 脉冲放大板各部分接线原理

注：1、+15V、-15V、5V开关电源以及+24V开关电源的外壳保护接地端子要接柜子外壳。
2、脉冲放大板的+24V与触摸屏的+24V应由两个独立的电源供电。

4.3.3 PLC
1. PLC各部分接线原理如图18，具体接线见随机资料。

图18 PLC部分接线

2.　PLC监控状态列表
序号
名称
格式（16进制）
数值(位数)
1
电抗器电流（A）
0X3039
1234.5
2
额定电流（A）
0X3039
1234.5
3
启动倍数
0X0014
1.2
4
励磁电流（A）
0X3039
1234.5
5
导通角度（度）
0X02CB
123.4
6
输入状态

7
输出状态

五、 低压模拟实验
1．准备3AC380V/30A低压电源，钳形电流表1只，导线若干；
2． 低压电源按顺相序接入磁控软起动装置，控制电源及同步信号正确接入磁控装置，按操作使用说明中所述方法设定电流倍数，互感器变比，目标电流倍数，初始导通角等参数。
3． 输入厂家设置用户名和密码后，进入“手动试验”，轻点角度里面的“＋”，此时主回路的电流应渐渐上升，基本锁定在10A左右后，用钳形表测量三相电流应基本平衡，三相的晶闸管阳极K1，整流管阳极D1，晶闸管整流管共阴极D2电流也应分别基本平衡，测试完毕轻点“暂停”结束低压模拟实验；
4．欠流状态测试：起动电流设定为额定电流的0.9倍以下，轻点“试验”，8秒后5KA2应动作，输出投全压信号。测试完毕后轻点“停车”结束欠流状态测试；
5． 测试通过后按照操作使用说明将电机实际参数输入控制器；
6． 测试通过后还应做联动试车才允许进行正常起车。测试过程中高压不允许接　　　　入磁控装置。
六、 高压电机起车的必要条件
1．低压模拟实验已通过；
2．电机实际参数已输入控制器；
3．与开关柜星点柜联动试车已正常；
4．高压相序正确。
七、 常见故障及维护
1．磁控软起动装置基本免维护，注意定期清理灰尘；
2．常见故障及处理办法

故障现象
故障分析
处理办法

三相电流不平衡
1. 高压相序接入不对；
2. 同步信号极性错误；
3. 熔断器熔断；
4. 晶闸管击穿；
5. 控制器脉冲信号异常，输出顺序错误
1. 高压按顺相序接入；
2. 调整同步信号极性；
3. 更换熔断器；
4. 更换晶闸管；
5. 调整控制器输出接线顺序。

电流无法锁定，呈衰减趋势
1. 打开开关电源的输出接线，检查开关电源输出是否正常；
2. 开关电源自身正常，接入控制器后异常，则控制器损坏。
1. 更换开关电源；

2. 更换控制器。
允许起动灯不亮，主机无法起动
1. 与允许起动相关的各连锁点信号是否正常；
2. 上次起动故障，在故障排除后未进行复位操作；
3．未进入“电机起动”页面。
4.端子排上的线松动。
1. 调整连锁点信号至正常状态；
2. 轻点触摸屏上“故障复位”栏进入复位界面后，点“锁头”即可消除；
3. 点“房子”图标，进入“电机起动”页面。
4. 将松动的线用螺丝刀拧紧。

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八、 注意事项
1．软起动柜在处于“主机运行”状态时，无特殊紧急情况，严禁按急停按钮！
2．软起动柜在处于“主机运行”状态或高压柜隔离高压的小车未摇出时，严禁打开柜体，应悬挂“高压危险”的警示牌！
3．控制参数已经由我公司的调试人员设置完毕，除经我公司技术人员允许外，请勿自行更改控制器参数！
4．注意现场需要做好防鼠工作；
5．在年检时应视周围环境情况，打扫清理柜内灰尘。

九、 柜体吊装注意事项
1.装置到现场后，现场安装人员需确定包装是否完好。拆包装时，应注意不要损坏柜面上的触摸屏屏幕和按钮等元件，柜体包装底盘应该保留。
2.起吊前，软起柜包装底盘，要通过钢丝绳与柜体可靠连接，系于一体。吊运时需保证底盘承重，即吊装钢丝绳或吊装带要通过包装底盘。在吊装过程中，应注意不让柜体晃动太大。
3.待柜体到具体安装位后，才能拆卸包装底盘。
4.柜体落位后，须与槽钢连接牢靠，柜体需可靠接地。
5.包装拆掉后，需具备完善的防湿措施。

十、 售后服务信息
联系电话：[phone]
传 真：027-88606186
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地 址：湖北省武汉市东湖开发区武大科技园二路一栋
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