水电站“软启动装置”应用及防故障措施研究

应明

（国电浙江瓯江水电开发有限公司，浙江 丽水323000）

在以往的水电站运行管理中，辅助设备的启停由电机控制系统负责。辅助设备电机启动会产生较大的短时启动电流，会加大变压器容量、降低电动机使用寿命，甚至烧毁电机。而电机控制系统保护功能不到位，不能有效降低辅助设备电机的启动电流，“软启动装置”应运而生，可有效控制电机的启动电流。

1 水电站“软启动装置”的应用

1.1“软启动装置”的应用背景

在水电站生产运行中，需应用多种辅助设备，如空压机、水泵、油泵等。这类设备均具备电动机，由电动机驱动设备。在设备电动机启动时，会产生电动机额定电流八倍左右的短时电流，会对水电站造成一定影响，具体体现在以下几方面：（1）短时大电流会使用电母线的电压迅速下降，用电母线上连接的其他设备造成影响；（2）加大水电站的厂用电变压器容量，提高水电站的投入成本；（3）烧毁电动机，在水电站生产运行中，多种辅助设备需频繁进行启动操作，启动时产生的短时大电流，会对电动机造成不利影响，甚至烧毁电机；（4）在电动机产生八倍短时电流的同时，会产生力矩冲击，对电动机及辅助设备造成影响，缩短其使用寿命[1]。

对于短时大电流的影响，技术人员大都采用减少电动机启动电压的方法，降低电动机启动时产生的短时电流，如自耦变压器降压、电抗器降压等。这类降压方法存在降压设备占地面积大、安装运维复杂等问题，不利于辅助设备控制柜的正常运行。同时，电动机降压启动方法不能规避短时大电流造成的力矩冲击，在辅助设备电动机保护方面效果不佳。

针对电动机减压启动的诸多不足，技术人员研发出“软启动装置”，用于降低电动机启动时产生的电流。“软启动装置”的核心技术为数字控制技术，结合现代模糊控制理论，实现电动机的控制、保护及监测，保障电动机的稳定可靠运行。在电动机运行中，“软启动装置”不仅能够在标准规范的电压和电流范围内，控制电动机呈现平滑启动、停止状态，还可实施检测电动机的运行状态，避免电动机启动或运行过程中产生较大冲击力矩或冲击电流。可见，在水电站运行中，“软启动装置”的应用可有效降低电动机启动产生的短时大电流，保障辅助设备的稳定可靠运行，进而实现水电站的稳定运行。在实际应用中，“软启动装置”包括电流检测回路、存储器、出发回路、CPU、SCR、KM 及操作键盘等部分，技术人员需按照规范要求，将其组装于同个壳体内，安装在辅助设备控制柜中，控制辅助设备电动机的启停，起到保护电动机与辅助设备的作用。

1.2“软启动装置”的应用故障

虽然和传统控制系统相比，“软启动装置”在短时大电流控制方面优势显著，但其在运行中时常出现故障现象，影响其作用的发挥。通常来说，水电站位于河流或湖泊附近，周围环境的温湿度较高，辅助设备控制柜内相对潮湿，表现出湿度大、温度高、通风效果不佳等问题，使“软启动装置”的运行环境较恶劣。就此，在“软启动装置”运行期间，其控制电路板可能会受温湿度影响，产生凝露，影响“软启动装置”的正常运行。同时，技术人员操作不当，会使“软启动装置”出现机械故障，进而影响其正常运行。大量水电站运行实践表明，设计人员在进行水电站的辅助设备控制柜设计时，各类“软启动装置”产品均会在使用中出现故障或烧毁现象，对水电站的正常运行产生不利影响。在“软启动装置”运行中，部分设备的故障或烧毁现象由设备本身的质量引起，更主要的原因在于辅助设备控制柜的设计存在问题，或技术人员的操作存在问题。

就设计角度而言，由于水电站建设于湖泊或河流附近，水电站辅助设备控制柜的内部环境相对潮湿。通常来说，水电站会在枯水期停止运行，控制柜内的部分辅助设备同时停止。而在水电站恢复运行后，辅助设备一旦通电，会在潮湿环境影响下出现短路现象，使“软启动装置”被烧毁。

就操作角度而言，虽然部分技术人员在辅助设备控制柜内抗冷凝加热器，用于提高控制柜内的温湿度，规避潮湿环境带来的不利影响。但部分技术人员应用的抗冷凝加热器均需手动操作，不能结合辅助设备控制柜内的潮湿环境，进行自动化调节。细化来说，在抗冷凝加热器应用时，需进行预加热环节，逐步提升辅助设备控制柜内的温度。而部分技术人员可能不按照规范操作规程操作抗冷凝加热器，直接启动抗冷凝加热器，并开启辅助设备的电机，会使抗冷凝加热器丧失其功能，使“软启动装置”被烧毁[2]。

2 水电站“软启动装置”故障预防措施

结合大量水电站运行实践，“软启动装置”的故障原因集中于内部控制电路板位置产生的凝露。就此，在采取故障预防措施时，水电站可在引进性能优异“软启动装置”的基础上，采取辅助措施，通过自动化技术，使内部控制电路板不产生凝露，为“软启动装置”创设良好运行环境。

2.1 应用智能温湿度控制装置

智能温湿度控制装置能够在水电站内安装多个传感器，收集水电站运行环境的温湿度参数，并将其与“软启动装置”正常运行的环境参数标准对比。在环境实际温湿度不符合“软启动装置”运行要求时，智能温湿度控制装置可发出报警信号，“软启动装置”不会启动。同时，智能温湿度控制装置会发出控制信号，开启抗冷凝加热器与通风过滤网组，调节水电站的运行环境，使其温湿度参数符合“软启动装置”的运行要求。

为保障智能温湿度控制装置的功能发挥，水电站技术人员需做好设备选型，确保智能温湿度控制装置及传感器，能够在高温高湿等复杂环境下运行。同时，智能温湿度控制装置需具备数据分析、故障检测、声光报警等功能，切实实现“软启动装置”的智能化管理。其中，数据分析是指智能温湿度控制装置可对采集的温湿度参数进行分析，结合温湿度与标准数值的差距，选择开启抗冷凝加热器或通风系统；故障检测是指智能温湿度控制装置需具备自愈功能，实现“软启动装置”的持续化监控；声光报警是指在智能温湿度控制装置出现故障，不能有效调解水电站环境温湿度的情况下，智能温湿度控制装置可自动报警，提示值班人员维修设备，保障其长期可靠运行，为“软启动装置”创设良好运行环境。

2.2 应用抗冷凝加热器

通过上述分析可知，在水电站“软启动装置”管理中，抗冷凝加热器具有温湿度调节功能，可为“软启动装置”创设最佳工作条件。为保障故障预防措施的有效落实，技术人员需将抗冷凝加热器安装于辅助设备控制柜内，并合理选择设备型号，确保其功能的有效发挥。细化来说，抗冷凝加热器需在交流220V 工况下，仍旧提供足够热量。就此，技术人员需根据辅助设备控制柜暴露表面积20W/m2的规格配置加热器；在安装加热器时，采取机械保护措施，并将加热器的带电部分遮盖；在安装加热器时，为其配置展开的铝壳，避免加热器和外界接触，影响其加热性能。同时，在抗冷凝加热器出厂前，技术人员需对其进行运行测试，要求抗冷凝加热器外罩所有位置的表层温度，均低于70℃，不符合要求的加热器返厂处理，严禁使用。

2.3 应用通风过滤网组

在水电站“软启动装置”的温湿度调节中，抗冷凝加热器发挥加热作用，通风过滤网组发挥散热作用，该设备需安装至辅助设备控制柜的壳体位置，通常安装于控制柜的柜门或者柜顶位置。为避免昆虫等动物进入控制柜，影响辅助设备运行效果，需选择银制细网或其他符合IP44 防护等级要求的滤网。为保障通风过滤网组和控制网的适配性，技术人员需为通风过滤网组的生产厂家提供控制柜的尺寸，使生产的通风过滤网规格符合要求[3]。

综上所述，“软启动装置”在运行期间易出现故障或被烧毁，影响水电站的正常运行。针对“软启动装置”故障出现原因，技术人员需为辅助设备控制柜配置智能温湿度控制装置、抗冷凝加热器与通风过滤网组，为“软启动装置”创设良好的温湿度环境，保障其长期可靠运行，发挥其在控制电动机启动短时大电流方面的作用。