高压软启动器在高压水泵上的应用

2020-09-26戴晓玏张英

机电信息 2020年23期

戴晓玏张英

摘要：针对某石化企业焦化装置的高压水泵控制由全压直接启动模式技改为降压软启动模式的案例，分析了该技术改进过程中的技术特点、控制方法及其实际应用效果。实践证明，使用基于晶闸管的降压软启动方式启动高压水泵，可以有效提高水泵电动机的使用寿命，提升系统可靠性。

关键词：高压软启动器;启动方式;降压软启动;高压水泵

0 引言

某石化企业焦化系统的高压水泵采用2台额定电压为6 kV的异步电动机作为动力，初期高压水泵采用全压启动方式进行启动，但系统投运后发现，其启动过程的启动电流达到额定电流的7倍以上，水泵频繁启停会扰动系统用电环境，造成系统瞬时过载，可能导致出现系统压降10%以上的直接后果。同时，该启动方式会导致电动机绕组温度过高，使电动机绝缘老化速度加快，对电动机造成损伤的同时，在一定程度上提高了系统维护成本。因此，选择一种适宜的软启动装置启动该高压水泵配套电动机，成为该石化企业亟待解决的技术问题。

1 高压水泵全压启动存在的主要问题

高压水泵的6 kV高压电动机全压直接启动主要存在以下常见技术问题：

（1）影响电能质量，影响其他设备的安全运行。

系统投运实测过程中，高压水泵系统的全压启动过程，最大可导致系统用电母线电压出现12%的压降，系统照明出现明显波动，系统内电子设备受到该影响的冲击更为严重，系统内的UPS系统、变频器等设备的用电安全受到影响。同时，高压水泵的启动电流达到额定电流的7倍以上，对炼油厂的主变压器也造成了冲击。

（2）全压启动过程造成电动机损伤。

高压水泵的启动电流达到额定电流的7倍以上，产生瞬时电流，该过程导致电动机绕组瞬时过热，对电动机绕组及相关导线的绝缘造成损伤，导致电动机绝缘老化速度加快，电动机使用寿命降低。另外，在电动力学作用下，过高的启动瞬时电流会导致系统导线相互摩擦，进而降低系统导线及其紧固件的使用寿命。过电流导致系统出现过电压现象，可能导致绕组瞬时电压达到5倍以上额定电压，会对电动机绕组及其绝缘造成严重损伤。

该系统投运以来，出现了夹紧机构松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障，特别是该系统因1#高压水泵转子鼠笼条断裂事故，发生过一次全系统停机故障。

2 高压水泵降压启动方式的选择

当前软启动技术发展已相当成熟，相应的技术原理也多种多样，液力软启动、固态软启动、变频软启动、串联电抗器降压软启动、其他降压软启动等启动方式均在相关系统中有所应用。笔者通过综合比较以上软启动方式发现：（1）液力软启动水箱内液体可能汽化导致电缆三相短路，且其产生的水汽可能导致其他系统受潮，存在引发火灾或损害相关系统的隐患。（2）串聯电抗器降压软启动需要的控制空间较大，本文个案现场难以提供足够的设备安装条件。

因此，本文个案在选择软启动方式时，倾向于使用晶闸管固态软启动方式进行高压水泵的降压软启动，经过对比设备性价比和供应渠道，最终采用以色列产的SOLCON HRVS-DN高压固态软启动装置作为本文个案的软启动设备。

3 高压软启动器在高压水泵上的应用

综合本文个案的车间现场具体情况和工艺要求，将1#、2#除焦高压水泵电动机的启动方式由全压直接启动改为降压软启动。采用SOLCON HRVS-DN高压固态软启动装置的额定电压6 kV，启动设备整合在1个软启动柜中，软启动柜内包含：高压真空断路器组件、可控硅组件、电压及电流互感器组件、过电压保护组件、电流变换器及相应的电子控制设备。系统升级后，保留原有的高压开关柜，将软启动柜连接于原高压开关柜后方，使原高压开关柜作为软启动柜的电源控制柜使用。2台高压水泵的控制系统分别连接在6 kV母线的I/II两段。

3.1 软启动装置的工作原理

晶闸管驱动的降压软启动系统是在一次回路中串联或并联多个可控硅组件，当系统收到启动信号时，使用软件系统控制可控硅系统的导通角，使电动机按照一定的电压U-t斜率逐步增加电压，使电动机平稳启动。电动机达到额定转速后，会给电动机导通额定电压，使旁路高压真空接触器组件接通，同时关闭可控硅控制系统。该系统还可以对电动机的运行状态进行全程监控，并提供多种常见故障的识别和保护功能。

3.2 高压软启动装置特点

该软启动设备存在以下技术及功能特点：

第一，启动方式选项较多，可以提供现场按钮启动、键盘启动、遥控启动、组合启动等多种启动方式。

第二，控制方式多样。根据电动机负载变化，在0～120 s启动时间内，可以实现斜坡电压控制，即保证电动机电压的线性无极控制，初始电压及启动过程电压可控制在全电压的20%～80%;可以实现电流线性控制及限流控制，确保电动机启动时过电流不超过额定电流的4倍;可以实现恒压控制，有效控制启动过程中的系统过电压和用电网络压降。

第三，该设备可提供缺相保护、欠压保护、电源过电压保护、系统过流保护、速断保护、启动器自身保护及晶闸管保护等综合保护功能。

3.3 高压水泵软启动器的控制方式及保护设置

在设备现场调试过程中，最终选择以下控制和保护整定策略：（1）系统初始电压设定为额定电压的50%，即Uo=3 kV;（2）启动时间设定为t=68 s;（3）启动步距设定为线性上升;（4）全压控制条件设定为电动机额定转速;（5）速断保护整定值为7.9倍的额定电压，延时为0 s;（6）过载保护整定为1.2倍的额定电流，延时为4 s;（7）欠压保护设定为0.7倍的额定电压，延时为2 s;（8）过电压保护设定为1.2倍的额定电压，延时为2 s。

4 高压软启动器实际应用效果

首先，该软启动设备投运后，经过实测，软启动时最大电流为额定电流的3.2倍，而该软启动设备使用前，在全压启动条件下，系统启动时最大电流为额定电流的7.0倍。该软启动设备有效降低了系统启动电流。

其次，使用该软启动设备后，高压水泵的启动电流和启动瞬时电压受到了较好控制，使启动过程的功率损耗有效降低。

最后，该软启动设备对启动电流进行了有效控制，有效减轻了启动过程对电动机的冲击，电动机的启动发热现象也得到了有效控制，电动机使用寿命得到了有效延长。

5 结语

高压软启动器在6 kV高压水泵中的应用，有效降低了高压水泵的启动电压和启动电流，减轻了高压水泵启动过程中对电网的影响，提升了设备用电安全性，提高了用电网络内的电能质量，对于保证高压水泵控制系统的可靠性、稳定性、安全性具有积极意义。

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