軟啟動技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用與思考

　　[摘 要]軟啟動技術(shù)已廣泛應(yīng)用于石油化工、礦山機械、鋼鐵及鼓風(fēng)機制造等行業(yè)。城市軌道交通電氣設(shè)備引入了軟啟動技術(shù)，通過軟啟動技術(shù)大大降低了大功率電機啟動過程中對電網(wǎng)的沖擊，也減小了對電網(wǎng)中其他用電設(shè)備的影響。下文通過一次改造實例來介紹軟啟動技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用，并提出在技術(shù)引進、應(yīng)用中應(yīng)注意到的問題。
　　[關(guān)鍵詞]城市城市軌道交通；軟啟動；電機；改造；電流
　　中圖分類號：S733 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）24-0045-01
　　1 背景
　　某城市軌道交通樞紐中某臺泵的電機，額定電壓為400V，額定功率114kW，額定電流為250A。目前采用自耦變壓器方式啟動，。啟動電流為1020A，約為額定電流的4倍，在自耦變壓器降壓啟動轉(zhuǎn)為全壓啟動時，會產(chǎn)生一次突跳，電流為900A，約為額定電流的3倍多。
　　采用自耦變壓器降壓啟動方式的電機，在整個啟動過程中，電網(wǎng)電流會產(chǎn)生兩次瞬變，對電網(wǎng)及電機本身產(chǎn)生兩次沖擊，這樣既增加了電網(wǎng)的負載，降低了電能質(zhì)量，又縮短了電機的使用壽命。同時，二十多年來隨著城市軌道交通發(fā)展，該市軌道交通樞紐用電負荷大大增加，該電機啟動產(chǎn)生電壓和電流的瞬變引起的電網(wǎng)波動、電壓下降的后果更加明顯，極大影響了該軌道交通樞紐其它用電設(shè)備的正常運行。因此，需要對其啟動方式加以改進，從而達到供電電網(wǎng)安全運行的目的。
　　2 軟啟動技術(shù)
　　軟啟動器是一種電子控制電路，它的本質(zhì)是一組串接于電源與電機之間的三相反并聯(lián)晶閘管。它通過某種方法來控制三相反向并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使電機的輸入電壓按照預(yù)定的目標(biāo)進行變化，從而實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的變化[1]。
　　現(xiàn)在的軟啟動器，一般是由單片機及相應(yīng)的數(shù)字電路組成，它通過控制晶閘管觸發(fā)脈沖的遲早來改變觸發(fā)角的大小，從而改變晶閘管的導(dǎo)通時間，最終改變加到電動機三相繞組的電壓大小。晶閘管的導(dǎo)通角越大，晶閘管的輸出電壓也越大加，電動機轉(zhuǎn)速也逐步升高，直到晶閘管全導(dǎo)通，從而實現(xiàn)電動機的無級平滑啟動[2]。
　　軟啟動器具有多種啟動方式，比如軟啟動、電流限幅啟動、全壓啟動、軟啟動方式下的脈沖突跳啟動、預(yù)置慢速啟動、線性加速啟動和停止、雙諧波啟動等。軟啟動器具有如下優(yōu)點：它使電機控制更加靈活且使用范圍也十分廣泛，同時它集各種保護于一體，具有完善的保護功能，省去外部的保護電路及器件，節(jié)約了成本，而且其保護功能均采用程序控制，提高了運行的可靠性，維護也相對簡單；減少啟動過程引起的電網(wǎng)電壓降，使之不影響同一供電電網(wǎng)中其它電氣設(shè)備的正常運行；采用LCD顯示，使操作更加直觀、簡便，參數(shù)設(shè)置也十分簡單；由于其體積小，節(jié)省了空間，安裝較為簡單；裝置外包裝堅固，具有良好的絕緣，安全耐用；能夠與計算機進行通訊，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制，對軟啟動器操作更為簡便[3]。
　　3 技術(shù)改造
　　3.1 圖紙設(shè)計
　　根據(jù)泵電機控制原理圖及軟啟動器原理圖，我們自行設(shè)計了改造后的控制原理圖，拆除了自耦變壓器啟動裝置、熱繼電器、部分控制繼電器，在電機啟動前根據(jù)電機額定值對軟啟動器設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，其降壓啟動、電機保護功能均由軟啟動器實現(xiàn)。如圖1所示。
　　3.2 安裝調(diào)試
　　控制回路按照圖1改造完畢，軟啟動器設(shè)定按照電機的額定電流、電壓進行設(shè)定，電機保護取1.1倍額定值，啟動力矩采用軟啟動器最低允許值。經(jīng)通電試驗，軟啟動器工作正常，電機啟動平穩(wěn)。
　　3.3 效果分析
　　采用軟啟動器啟動電機時，啟動電流為750A左右，大約為額定電流的3倍，相對于以前的自耦變壓器啟動方式，啟動電流降低了300A，而且啟動過程中對電網(wǎng)只有一次沖擊，效果十分明顯。
　　考慮到交通樞紐在城市軌道交通運營中的重要性，以及供電電網(wǎng)電能質(zhì)量直接影響著電網(wǎng)中電氣設(shè)備的安全和正常運行，所以城市軌道交通樞紐對電能的質(zhì)量要求更加苛刻。通過某市軌道交通樞紐中某臺泵的電機啟動方式改造前后電能質(zhì)量的比較可以看出，相對于原來的自耦變壓器式啟動，采用軟啟動器能夠平滑地啟動電機，大大減小了電機啟動時電流和電壓瞬變對整個電網(wǎng)的沖擊和影響，也減小了對電網(wǎng)中其它用電設(shè)備的影響，延長了電機的使用壽命，減少不必要的經(jīng)濟損失。
　　4 問題與思考
　　4.1 工作難點
　　整個改造過程中的難點在于對軟啟動器工作原理的理解，從而在控制回路改造設(shè)計中實現(xiàn)電機所有的功能要求。這就需要完全理解原來設(shè)計圖紙中電機的工作原理、所有聯(lián)鎖和信號輸入輸出，再根據(jù)軟啟動器的工作原理和要求對設(shè)計回路進行改造，滿足電機運行方式的所有要求。
　　4.2 零序保護
　　軟啟動器具有零序保護功能，通過接收外部測量的二次零序電流，根據(jù)設(shè)定值的大小，判斷發(fā)出零序保護動作信號。此次選用的軟啟動器一次零序電流工作范圍為0～10A，廠家配套零序互感器變比為100A/1A。
　　考慮到零序保護裝置在使用過程中所起到的保護作用，我們對其原有零序保護裝置進行了測試。零序保護裝置采用了一個1000A/1A的零序互感器，輸出的二次零序電流通過一個100mA的漏電保護器實現(xiàn)動作跳閘，這樣計算可知其一次零序動作電流設(shè)定為100A。查詢其他型號軟啟動器資料，軟啟動器零序電流工作范圍都在10A以內(nèi)，而且以往陸地電網(wǎng)不接地系統(tǒng)的零序電流一般也不會超過10A，為什么該電網(wǎng)零序電流會達到100A呢？在這種情況下如何使用軟啟動器的零序保護功能呢？
　　通過分析認為，由于該市軌道交通樞紐供電電網(wǎng)設(shè)計較早，是400V完全不接地系統(tǒng)，其單相接地時出現(xiàn)的不平衡電流會達到上百安培。而陸地其他電網(wǎng)的不接地系統(tǒng)一般都設(shè)計經(jīng)消弧線圈接地，這樣大大限制了單相接地時產(chǎn)生的電流，一般都在10A以內(nèi)。軟啟動器零序電流工作范圍和標(biāo)配的零序互感器就是按照最大10A設(shè)計的。如果采用廠家標(biāo)配互感器，尚未達到零序電流整定值時軟啟動器零序保護就會動作，這樣就會造成電機誤動作。
　　針對這種特殊情況，我們在改造中仍選用了原來零序保護裝置，即1000A/1A零序互感器及100mA漏電保護器。如果想通過軟啟動器實現(xiàn)零序保護，必須采用原1000A/1A零序互感器，將二次零序電流輸入到軟啟動器，而軟啟動器內(nèi)部設(shè)定時必須將零序互感器變比設(shè)為100A/1A，動作值設(shè)為10A，這樣才能保證零序保護正常實現(xiàn)，但這樣就會給不了解改造過程的人造成零序電流為10A的錯誤認識。因此我們沒有采用廠家標(biāo)配的零序互感器，還是建議采用了原來的零序保護裝置。
　　4.3 技術(shù)服務(wù)
　　以往的技術(shù)改造往往完全由廠家負責(zé)設(shè)計及調(diào)試，設(shè)定值也由廠家給定。此次改造則是由我們自己承擔(dān)設(shè)計及安裝調(diào)試，廠家配合。在各種保護功能設(shè)定中，廠家只是按照以往陸地經(jīng)驗值進行設(shè)定，對具體電網(wǎng)供電性能的理解可能有所差異。因此，對于今后技術(shù)改造中廠家提供的技術(shù)數(shù)據(jù)、配套產(chǎn)品等應(yīng)充分了解其適用范圍，而不能盲目的聽信，一定要結(jié)合實際情況有選擇性地采納。
　　5 結(jié)束語
　　軟啟動器技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但是在技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合實際進行消化吸收，尤其是改造項目中要充分理解原來的設(shè)計思路，充分了解電力系統(tǒng)，不盲目采用廠家提供的標(biāo)配產(chǎn)品，這樣才能保障技術(shù)改造后設(shè)備的正常運行及保護。
　　參考文獻
　　[1] 電動機軟啟動技術(shù)及應(yīng)用.

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