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部分软起动方式技术比较

时间:2009-10-01 来源:未知 编辑:电气自动化技术网 点击:次 字体设置:

概述 
  降压起动是利用起动设备将电源电压适当降低后加到电机(笼型)的定子绕组上进行起动,待电机起动运转后,再使其电压恢复到额定值正常运行。但是,由于电机转矩与电压的平方成正比,降压起动使电机的起动转矩大为降低,电机需要在空载或轻载下起动。同时,电机在端电压降至正常值的65%甚至更低的电压下时,相应起动时间过长,并且电机在通过开关短接或切除起动设备加入全压时,电压的突变会产生电流的跃变,即大电流二次冲击!这是降压起动的缺点,也是我们进行技改的原因之一。

 

  软起动的实质也是降压起动(变频例外),把原不可变的阻抗改为可控。简单来说通过平滑改变串接阻抗(电阻)值,使电机端电压平滑改变实现电机平滑起动,进一步减小起动电流对设备的冲击,基本消除电流的跃变,使电机起动特性软化,保护电机、机械设备。

  目前我院221气源站工况是在轻载下降压起动,起动后全压运行,运行中无需进行调速。

2 目前起动方式存在的问题

  常见的降压起动方式有Y-△、电阻、电抗器、自耦变压器等,运用在不同年代的技术水平,具有各自的优缺点,都能达到降低起动电流的目的。目前221气源站2500kW电机采用定子绕组串接电抗器降压起动,起动电流4Ie(起动电流1150A),起动时间t=18s,起动电流还是较大,对电动机本身、电网、机械设备的可靠运行都有一定的影响,主要表现在以下几个方面。

  2.1 221气源站2500kW电机均已使用近30年,电机整体绝缘水平下降,过高的起动电流使电机温升较大,加速电机的老化,增加出现电机本体故障的可能性。近几年来,我单位陆续出现多起电机定子绕组端部短路事故,均在起动时发生。

  2.2 串接电抗器降压起动,起动时系统功率因素低,母线的压降还是较大,容易对电网内其它设备的运行产生影响,可能使其它设备失步跳闸。我院属专线供电,此现象暂时影响还不大。

  2.3 可能易烧轴瓦。表面上看,电机起动与压缩机烧轴瓦风马牛不相及,但事实上两者之间有联系。221气源站压缩机轴承采用动压轴承,该轴承的润滑由自身旋转而产生的油膜实现,一般需要一定的时间才能形成完好的润滑油膜。电机起动时,起动电流大,相应起动时间也快,如果在轴承还未来的及形成润滑油膜时已高速旋转起来,这种情况非常容易使轴承拉瓦。

  为了较好的解决上述问题,我们引入软起动装置,采用软起动对221气源站6台2500kW电机技术改造。当前我们了解的高压软起动方式主要有变频软起动、串接可变电阻(热变电阻、液体电阻)及串接可调电抗器(磁控)等。

  3 变频、电阻类、电抗器类软起动简介及比较

  3.1 高压变频软起动

  高压变频起动、调速原理其实早就发展成熟了,但由于受制造瓶颈的限制,近二十年才逐渐得到了应用,可实现软起动、调速。高压变频代表着大型电动机软起动技术的发展方向,近年来取得了很大成就,相对磁控软起动、热变电阻等起动方案而言,具有明显的技术进步性,这一点不可置疑。

  3.2 高压电阻类软起动

  最早的降压起动采用固体电阻,由于固体电阻不可避免的缺陷(热容特性低等),高压动力设备的降压起动采用较少。随着技术水平的发展,具有频敏特性的固态电阻在低压、高压动力设备上得到了应用,80年代初期出现了液态电阻、热变电阻应用于高压动力设备,液态形式的电阻具有较高的热容特性。

  液态软起动装置通过电流闭环自动控制单元控制传动机构,电机拖曳极板改变极间电阻值实现软起动;热变电阻起动装置利用具有负温度特性的电解液体,在温度变化下改变电阻值实现软起动。液态软起动装置有良好的控制功能,与磁控软起动控制功能接近,缺点是控制、传动机构复杂,故障点多,液阻需定期检验,一次、二次电源交错,绝缘性能要求较高。热变电阻与液态电阻相比,结构简单,起动特性较好(厂家提供特性曲线比较),维护量小,长期安全可靠,适用电机容量大。鉴于此,下面该类仅以热变电阻起动装置为例。

  3.3 高压电抗器类软起动

  在较早的高压降压起动中,我国采用电抗器降压起动居多,传统的电抗器存在阻抗不可调,起动特性不好,功率因素低等缺点,目前国内已很少使用。磁控正是在以上的基础上进行改良,通过在电抗器中加入控制绕组,利用电、磁控制技术,外部自动控制单元调整控制绕组中电流的大小,控制磁导率来调节电压的手段,改变励磁实现电动机软起动。起动过程中,电抗器两端的电压(电流)根据起动电流自动调整,由大变小无级变化,使电动机端电压平滑上升值额定值。磁控理论上可以调速,但是实际应用反映在起动过程上,当达到最优化起动后,起动电流是不进行调整的。

  3.4 三类软起动特点比较

  3.4.1技术性比较

  单从技术上来说,高压变频具有不可比拟的优势,起动特性好,可连续起动多次,起动电流可控制在额定电流以下,起动时电网功率因素高(0.9~0.95),电网压降小,同时还可进行调速,减小动力设备功率消耗,节约电能。缺点是产生高磁谐波,污染电网,影响系统内其它设备的用电质量,要解决谐波污染,还得追加设备投资。

  采用电抗器类(磁控)软起动,特点是控制较灵活,起动电流的设置较方便。缺点是本来电机起动时的功率因素就低,因串接电抗器而变得更低,因此对电力系统没有太多的好处,母线压降大,同时有一定的谐波污染。

  高压热变电阻器软起动对电机、机械设备冲击小。与电抗器比较,性能相对要好,起动时功率因素较高(0.7)以上,起动电网压降小,无谐波污染,通过更换电解液即可延长使用寿命。缺点是阻值会微弱的受到温度的影响。

  具体比较见表1。

 

表1:变频软起动、高压热变电阻器软起动、磁控软起动性能对比表


备注:1、此表数据参考襄樊大力、美国罗宾康公司、武汉科锐尔及部分其它资料。
      2、有“*”标记表示还需确定。

 

  3.4.2经济性比较

  从实用性经济角度来说,高压变频起动属于一种过于奢侈的技术方案,虽然变频起动可以将起动电流降到额定电流以下,但是对于不是特别频繁起动又不需要调速的大型动力设备来说,仅仅为了起动而进行巨额投资,太不经济。

  高压热变电阻器软起动、磁控软起动价格是高压变频起动的1/8~1/10,对于我院来说,采用两者之一可节省投资数百万元。

  3.4.3可靠性比较

  当设备工况要求较低,几种设备均满足工况要求时,除去价格因素,可靠性就显得相对重要,选择质量差、可靠度低的设备,必定会对我院今后的科研生产产生消极影响。

  我们知道,不考虑产品质量等其他因素的影响,单从技术角度看,结构简单、使用简便、操作方便的设备,故障状态下更易维护,高压热变电阻器软起动装置与变频、磁控软起动相比,结构简单,旁路系统少,从可靠性讲,应具有一定的优势,但它毕竟是一个新生产品(如同磁控),可不可靠,还应从用户角度进行了解。

  高压变频软起动技术含量高,设备复杂,技术难度较大,使用维护及故障处理等对技术人员的技术素质要求高。发生故障,解决问题的技术难度较高,事故处理周期较长。

  磁控软起动最大的优势是外接电路发生故障,还可作为普通电抗器适用,这是作为故障情况下的考虑。

  4 结束语

  选择起动方式,在现有的技术水平下,原则是既保护电机,延长电机使用寿命,又要保护电网和机械设备,同时降低设备维护和管理工作量,保证选择设备的可靠性。

  对于一个产品的选择,应是一个系统工程,要结合各种因素进行,既要考虑设备的先进性,也要兼顾价格因素;既要考虑价格,也要兼顾产品质量。

  同样,大电机的起动方式与设备管理息息相关,电机起动方式选择不当,对电力系统、电机本体、甚至对机械设备都会产生消极影响,增大以后设备的管理难度、维护难度。

  本文力求严谨,但作者受技术水平局限,同时受视野面的限制,此文可能一些论点偏颇甚至错误,敬祈指正。

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