软启动技术在矿井主排水泵控制中的应用

常战胜，张立广

（赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司，内蒙古 赤峰 024039）

伴随着我国经济的快速发展,科学技术也随之而发展，在矿山企业中也一样，其科技含量随之增大，与此同时，因为经济发展的需要，国家对能源开发有着更高的要求,煤矿等自然能源的不断开发,使井下对主排水泵的控制系统要求不断提升.传统的主排水泵控制启动是依赖高压液阻柜进行控制，因为其运行原理的问题，在使用中会出现各种各样的问题，如何解决这些问题，减少矿井主排水泵控制中短一些问题是我们必须要思考的。

1 电机启动现状

目前在矿井中的排水泵电控系统原有应用的是高压液阻柜进控制起动运行。液阻起动柜，其工作原理是在电机的定子或是转子中串入一特制的液体电阻，通过改变液体电阻中的两个极板间距来改变阻值，从而达到降压起动的目的，随着阻极板间的距离平滑缩短，电机平滑起动，起动结束后液体电阻自动切除，旁路接触器吸合，起动过程结束。但是其随着在使用中会存在：维护量大（需定期补液，且水质要求高）、电极损耗大（因腐蚀问题会要求定期更换，且更换工作量大）、事故率大（因水汽蒸发会倒是启动柜内电控元件受损，从而导致各种事故）。针对这些问题我们进行了认真调研和探讨，一致认为只有采用高压固态软起动柜进行水泵启动运行才能解决问题，故在本次研究中我们选用高压固态软启动柜进行水泵起动，以期能有效解决现有三号井的升级改造问题[1]。

2 软启动系统简介

2.1 结构及原理

所谓软启动指的是在启动过程中电压由零慢慢提升到额定电压，这样一来电机在启动过程中的启动电流将由传统过载不可控变成为可控，这时候使用者能根据具体需求进行电流大小调节，在整个过程中电机平滑启动运行，能有效避免冲击转矩。目前我国的软启动系统、软启动器很多，本文我们采用的是高压固态软启动器，这是现在应用最为广泛的一款笼型电机配套软启动器，其是以以一体式高压模块式固态软起动器为核心部件，采用标准KYN28A柜体，可以配备高压断路器、高压互感器、接地开关，以使高压运行柜和起动柜合二为一，具有结构紧凑，尺寸更小，维护更方便等优点。不仅如此，其装置可以根据不同的现场实际情况设置启动参数、停机的相关参数和各种保护功能的设定值。且高压固态软启动系统的启动方式是以晶闸管为核心，在性能、安全以及后期维护上和传统的软起动有着无法比拟的优越性。 其工作原理是：通过控制晶闸管的触发角来控制输出电压的大小，满足电机起动过程中不同的电流及电压要求。在电机起动过程中，按照预先设定的起动曲线，增加电机的端电压，使电机平滑加速，从而减少了电机起动时对电网、电机本身及电机负载的电气及机械冲击。当电机达到正常转速后，旁路短接接通，电机起动完毕。此后，软起动装置继续对电机提供基本运行保护[2]。

2.2 软启动系统优势

本次研究我们采用高压固态软启动器进行柴胡栏子金矿三号井主排水泵的升级改造，其有几方面的优势:首先，高压固态软起动柜具有体积小，不占空间，便于并柜，美观大方等外观优势；其次，通过软启动系统高压固态软起动可以频繁起动，无需冷却和额外加温、除湿等；再次，其还有这免维护，模块化设计检修方便；不仅如此其还具有保护功能完善能时刻保护、安装方便简单、菜单丰富，显示直观点。

不仅如此，固态软启动柜还具有以下功能：

（1）保护功能：①过流、欠流保护；②缺相保护；③过压、欠压保护；④可控硅短路保护；⑤零序保护；⑥电机起动超时保护；⑦起动过频保护；⑧相序保护；⑨三相电流不平衡保护；⑩电机过载保护；可控硅温度保护；旁路接触器故障保护；外部故障输入；门禁连锁保护。

（2）控制功能：①要求采用现代先进的数字信号处理和系统集成技术，性能卓越、可靠性及稳定性高。②要求分别有正常运行及故障状态输出信号。③具备通讯功能：选用RS485接口,通过此项功能可以直接与上位PC机通讯来实现遥控及遥信等功能.实现集成控制。④能够具有实现一拖二或以上的控制方式。

（3）固态软启技术要求：①以高压晶闸管为主回路控制部件，并设有均压、均流回路。具备技术先进、结构紧凑、安装维护方便等特征。②采用先进的光纤传输技术，实现高压晶闸管的触发检测及低压控制回路之间的隔离。③采用单片机对数据及通信进行管理，使设备控制实时高效，显示直观，可靠性高，稳定性好。采用信号多级处理、隔离技术，使系统具有很强的抗干扰能力。④晶闸管、光纤触发、光纤反馈、电压电流转矩全数字控制。⑤技术性能参数初始电压：30%～80%可调；限流倍数：150%～500%可调；起动、停止时间：1～60秒连续可调；输入方式：菜单化，中文LCD液晶显示，按键式设置参数；可读取输出电流、启动次数、运行时间及故障信息等参数；内控、外控、通讯控制；软起、直起、软停、自由停止；正比于电机电流的模拟输出；噪音：＜80db。

（4）固态软起动装置自带完善的旁路功能，起动完成后自动切换到旁路运行[3,4]。

图1 水泵房

3 软启动技术的应用

用软启动器组成的软启动控制系统一般会采取两种形式：一是在线控制软启动系统和旁路切换系统，在这种情况下一般采取“一拖一”的方式，即一台电机配备一台负载电动机，负载电动机的起动由相应的软启动机器来完成。二是选用长期工作制的软启动器，以此实现对电机的起动、运行、停止全过程控制，且因其设置了主接线和控制系统的原因，控制起来非常简单。而高压固态软启动系统的启动方式是以晶闸管为核心，在性能、安全以及后期维护上更具优势。为了更好的检验软启动系统的优越性，在研究过程中我们通过对赤峰柴胡栏子金矿三号井主排水泵软起动控制的升级改造，整个改造工作从2020年5月份实施完成，在三号井采用了3台主排水泵，电机型号均为YKK4503-2型，功率280KW，电压10KV，电流20.5A，转速2973r/min，在使用后我们发现其改造后的使用效果完全能达到预期功能和效果。安装后我们发现其有着明显的优点：首先其大大降低了后期的维修量，基本做到了免维、免修，日常保养耗材大大降低，大大降低了矿上的维修成本降低；其次高压固态软启动系统有着有良好的人机交互功能，使其显示直观，能更好的实现保护；再次，因其灵活性，使其应用高压电机的保护参数齐全，安全可靠性高，有效的保证电机的正常使用和电机使用寿命；不仅如此，因其具有自动控制功能，可实现远程控制，组网控制，最终能有效实现无人值守，达到自动化减人目的。

4 结语

社会的进步带来了科技的进步，我国对电机的控制极力和技术指标也越来越高，传统的降压起动设备已经无法满足生产的需要，在这种背景下，我们展开此方面的研究是非常有必要的，采用高压固态软起动的方式代替传统的高压液阻柜起动，这从根本上改变了传统降压起动器在起动时产生的电压、电流突变带来的不良后果，是传统的降压起动方式的理想替代产品。这不仅有效达成目前国家提倡的各种新技术要求，同时在内蒙古自治区可达到先进水平，对山东黄金集团在内蒙地区的其他类似矿山及未来收购开采其它矿山有很好的推广应用前景。