采油平台6.3,kV电机增加直启和软停功能的研究

胡建文，苏 廷

(中海石油(中国)有限公司天津分公司辽东作业公司 天津300452)

采油平台6.3,kV电机增加直启和软停功能的研究

胡建文，苏 廷

(中海石油(中国)有限公司天津分公司辽东作业公司 天津300452)

LD10-1CEP采油平台中4台6.3,kV注水泵采用Allen-Bradley公司的软启动器实现电机的软启动。由于油矿生产的特殊性，需要软启动器在故障的情况下也要具备启机条件，即直接启动，同时需要有效使用软启动器的软停功能。因此，对中压6.3,kV电机增加直启和软停功能进行了研究，从而保证特殊生产工艺条件下，各配电设备的稳定运行，减少了电机的机械损伤，降低了对电网的冲击。

直接启动 软启动 软停

0 引 言

目前，大型电机的电力拖动普遍采用软启动，以减少电机启动瞬间的大电流、高负荷给电网带来的扰动，满足电网质量越来越高的要求。LD10-1CEP平台注水泵的电机的额定功率为 1,250,kW，额定电流为 139.2,A。选用的软启动器为 A llen-Bradley公司SMC-Flex系列，设计功能为远程软启、远程直接启动，本地软启、本地直启。目前的直接启动方式为注水泵的真空断路器 VCB和软启动的旁路真空接触器 VCS同时吸合，而接触器不具备故障电流的分断能力，灭弧能力也不是很强，因此该方式不具备直启功能。目前的停机方式为真空断路器VCB和旁路接触器VCS同时断开，不能达到保护电机的功能。现场实际操作中，发现软启动器在使用过程中只有远程/本地软启动功能，不具备远程/本地直启功能，也没有远程/本地软停功能。因此，需要对电机的二次控制回路进行改造。

1 软启动器的工作原理

采用的是晶闸管交流调速电路，降低加在定子两端的电压，从而减小启动电流。然后逐渐升高电压值，使电机平稳启动。运用晶闸管交流调压技术的软启动器实际上是 1个晶闸管交流调压器。晶闸管调压单相等效电路如图1、2所示，其中ZL为电机一相等效阻抗，Ui为电网相电压，UL为晶闸管输出电压。设Ui=2U sinw t。

图1 晶闸管单相调压电路Fig.1 The circuit of the single-phase voltage regulation of thyristor

图2 晶闸管输出电压波形Fig.2 The waveform of the output voltage of thyristor

图 1为一路晶闸管输出波形示意图。晶闸管控制角θ和功率因数角ϕ决定了晶闸管的输出电压值。晶闸管正负半周的触发是对称的，晶闸管的输出电压有效值为 U。可由式(1)计算：

可见，UL是晶闸管控制角θ、功率因数角ϕ及供电电压U的函数。当供电电压不变时，通过改变晶闸管的控制角，可以改变晶闸管的输出电压。根据电机学原理，启动时，S＝1，因此启动电流和启动转矩分别为：

由上式可知，在转速或转差率一定时，动转距与定子两端电压平方成正比，启动电流与定子两端电压成正比。同时，在电动机启动时，由于定子、转子电流比额定电流大很多，使得漏磁路中的铁磁部分发生饱和，X1和X2变小，启动转矩 T与启动电流 I变大。因此电机启动时，如果将电压直接加到定子两端，将产生极大的冲击转矩和冲击电流，对设备很不利。所以采取降低定子两端电压的方法，此时启动电流按比例减小，启动转矩按平方减小。软启动就是根据该原理进行设计的(见图3)。

图3 软启动过程Fig.3 The process of soft start

用软启动器起动电机时：设置 1个初始电压，晶闸管调压电路的输出电压就从这一点开始往上升；设置1个升压时间，逐渐增加晶闸管调压电路的输出电压，电机逐渐加速；设置1个限流倍数，根据电流互感器测得的实际电流值，控制晶闸管调压电路的输出压，使电机的实际电流不超过限流值。这样，达到了电机软启动的目的。

2 软启动控制远程/本地直启的改造

直接启动也就是在全压下，最大限度地冲击启动电流和启动转矩，启动瞬间就达到额定转速。直接启动的改造方案中，改成软启动旁路接触器在空载的情况下先闭合，然后闭合真空断路器来控制电机的启动，让真空接触器错开电机的启动电流(见图4)。

图4 直接启动的原设计图Fig.4 Original design of the direct start

原设计中，当选择本地/远程(Local/Romote)，SA4(转换开关)选择直启。远程/本地启动后，在直接启动回路中，当直启信号触发，直启控制旁路接触器 CR和真空断路器合闸线圈CC几乎同时得电，真空断路器和旁路接触器动作时间都大约为 10,ms，存在时间差。这种方式下直启会造成旁路接触器代替真空断路器的作用，但旁路接触器的灭弧能力和分断故障电流的能力显然是有限的。

在不改变现有控制方式的条件下，对二次控制回路做如下修改：取消直启中的本地启动和停止按钮，本地/ 远程(Local/Romote)选择本地，旁路接触器的线圈 CR闭合，旁路接触器动作闭合，CLOSE真空断路器，电机直启。取消控制旁路接触器线圈 CR的辅助触点，本地/ 远程(Local/Romote)选择远程，控制旁路接触器的线圈 CR闭合，旁路接触器动作闭合，远程 CLOSE真空断路器，电机启动。以上改造达到了电机直接启动的目的，旁路接触的作用为导线作用，真空断路器的作用为开关(见图5)。

图5 电机直接启动图Fig.5 Direct start of the motor

3 软启动控制远程/本地软停的改造

电动机的软停相当于负载力矩大于电机转矩后，怠速下降到一定程度，软启动器动作分断旁路接触器，电机停止。目前的停机不能实现软停的功能，软启动器软停功能的触发信号来自两路，一路来自 K1-1，一路为 CR1-3，共同作用才能达到软停的目的。改造前，手动触发停止信号 KSTP(本地/远程)，只能作用到K-1动作。改造后，在K-1和CR1-3并联后串入手动选择按钮 HS1，在停机时，手动选择 HS1，软启动控制器软停启动，达到电机软停的效果(见图6)。

图6 改造后的软停控制图Fig.6 The transformed control chart of the soft stop

4 结 论

大型电机直启功能的改造应用，保证了特殊生产工艺条件下，油田注水系统的稳定、软停的增加，有利于对电力拖动中各配电设备的保护，同时减少了电机的机械损伤，降低了对电网的冲击。通过现场测试直启和软停功能，结果表明使用良好，有利于采油平台的生产稳定。■

［1］ 辜承林，陈乔夫，熊永前. 电机学 [M]. 3版，武汉：华中科技大学出版社，2010.

［2］ 张选正. 变频器及软启动器应用计算[M]. 北京：化学工业出版社，2013.

［3］ 刘力，王栋. 电动机软启动器实用技术[M]. 北京：中国电力出版社，2010.

On Adding New Functions of Direct Start and Soft Stop to the 6.3,kV M otor of an Oil Production Platform

HU Jianwen，SU Ting
(China National Offshore Oil(China)Co.，Ltd．Tianjin Branch，Tianjin 300452，China)

In LD 10-1CEP offshore oil production platform，four 6.3,kV injection pumps adopted the soft starter produced by Allen-Bradley and realized soft start of motor．On account of the particularity of oil production，the motor also needs to meet the start-up requirement in case of soft starter failure，namely direct start．At the same time，soft stop function of the soft starter should also be effectively used．This paper deeply studies the adding of new functions of direct start and soft stop to the medium voltage 6.3,kV motor to ensure the stable operation of power distribution equipment，reduce mechanical damage of the motor，and reduce the impact to the grid under the condition of special production processes.

direct start；soft start；soft stop

TE952

：A

：1006-8945(2015)10-0046-03

2015-09-16