中压固态软启动器在大型机组中的应用

中压固态软启动器在大型机组中的应用

刘最发

（中国石化巴陵石化泰艺公司 湖南 岳阳 414014）

【摘要】主、备风机组电机功率大、启动电流大，采用降压软启动，可以降低电动机启动冲击电流，减少对电网、机械负载和电动机自身的冲击，消除高频污染。介绍MVCPlus系列中压固态软启动器的组成部分、工作原理、操作要领以及在主备风机组中的应用方案和实际效果。【关键词】中压固态软启动器；PLC；主备风机组；可靠性【中图分类号】TM571 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624（2020）12-0226-031󰀁󰀁引言󰀁󰀁

中国石化巴陵石化公司炼油部催裂化装置有主、备风机组两套，电动机电压等级均为6kV，额定功率分别为6.3MW和5.6MW，额定电流都较大。炼油总降压站1#、2#主变容量均为31.5MVA。当炼油装置开车时，备风机和主风机电动机均全压直接启动，启动电流将达到Ist=4～7×Ie(624.2A)，无法满足启动电流倍数K1≦（3 +31.5/6.3）/4=2的要求，即使两台主变压器并联也只有3.25（原主变16MV，启动效果更差），直接启动势必引起主风机配电室6kV母线电压15%骤降，影响同段其他电气设备安全运行，而且对机组同轴负载和主电机本身产生很大的机械冲击。为解决这些问题，经分析比较和调查研究，采用了专业中压软启动器厂家美国摩托托尼公司的MVC Plus系列7.2kV中压固态软启动器（以下简称软启器）来实现关键机组主、备风机电机的降压限流软启动。2󰀁󰀁工作原理

软启器是利用晶闸管的电子开关特性，通过单片机控制其触发脉冲和触发角的大小，来改变晶闸管导通程度，从而改变加在电机定子绕组上的三相电压与电流。实际上它是一个调压器，只改变电压，不改变频率。它的控制核心是微处理器CPU，对电动机及相关设备进行启动和保护；CPU对SCR进行相角触发控制以降低电机电压，然后慢慢提高加在电动机上电压

(限电流）来平滑地增加电动机转矩，直到电动机加速到全速运行[1]。

图1 限流斜坡启动时电压和转矩图

图2 限流斜坡启动时电压和电流图

LBP表述的纹理特征、累计查分表述的火焰闪频特征，以及用圆形度、矩形度、中心高度系数、边界粗糙度表述的火焰形状结构特征，我们将上述特征标准化后应用到上述模型中，求解出亲和矩阵Z，最终求出关联矩阵C，求解最后的火焰检测区域。4󰀁󰀁结语

本文利用混合高斯模型描述复杂噪声的分布，提出了一种新的子空间聚类方法。理论分析表明，所提出的混合高斯回归方法保持了分组效应。混合高斯回归方法在处理一般噪声方面具有稳定性和鲁棒性，优于其他采用高斯或稀疏噪声的较先进的子空间聚类方法。实验表明，本文的子空间聚类方法在视频火焰检测中效果较好。

【参考文献】

[1] A.Y.Ng,M.I.Jordan,Y.Weiss,et al.On spectral clustering:Analysis and an algorithm.Advances in neural informationprocessing systems,2002,2:849-856.

[2] J.Shi and J.Malik.Normalized cuts and image segmentation.IEEE Transactions on Pattern Analysis and MachineIntelligence,2000,22(8):888-905.

基金项目：江苏建筑职业技术学院院级科研项目：基于混合高斯回归的子空间聚类视频火焰检测算法研究（902508867018039）。

作者简介：杜璐（1989- ），女，江苏徐州，硕士，讲师，研究方向：图像处理与模式识别、人工智能相关课程的教学。

246

信息记录材料 2020年12月 第21卷第12期 综合：探索与发现具体工作过程是：启动类型设定为电压斜坡（40%）加电流限流（260%），当满足启动条件后，从电控盘按钮启动，软启动高压进出线开关合闸，此时电机开始初压启动（初始电压为额定电压的40%），然后渐渐升压升流，电流上升到最大限流值（设定为额定电流的260%），电压上升并保持到最大限流值对应的电压值，直到电机全速运行。过程见图1、图2所示。此过程大约需要5s，5s后软启动结束，高压开关柜（见图4）B218(或B228）闭合，电动机运行在旁路状态，软启器退出运行。这是加速启动模式（软起模式）。如果装置工况要求停机，可根据事先设定的减速模式（软停模式），软启器接受停机信号，使电动机电压逐渐减小而平缓停机，最后根据PLC设置自动退出运行（见图4）。3󰀁󰀁软启器组成

软启器主要由晶闸管、微处理器、检测元件、熔断器、内置开关等部件组成，而本公司所采用的摩托托尼公司MVC Plus系列7.2KV中压固态软启动器，其组成有11个部分，见图3所示。其中部件8的旁路开关，本装置没有配置，改外部断路器替代。

图3 软启器结构图（左）

1-低压控制部分，包括微处理机、控制器、液晶显示器及操作接口等。

2-高压部分，通过光纤与低压控制部分通讯，避免受高压部分干扰。

3-内置120V同步变压器，电源来自主风机UPS输出。4、5-外部设施。6-熔断器。

7-网侧真空接触器。

8-旁路真空接触器（我厂未配置）。

9-重载型SCR设计，每相用六对相同参数的SCR反并联在一起(图示2对），采用单独同步脉冲变压器隔离，保证36个可控硅可靠触发。

10-RTD控制部分。11-零序电流保护。4󰀁󰀁应用方案

为实现主风机、备风机电机软启动，我部在机组东侧单独建一软启器室，除软启器外另增设四台真空开关，各自与原电机开关采用电缆并接，具体一次接线见下图4所示。

图4 主备风机软启器应用主接线

从图4可知，一台软启器分别拖两台电机，一用一备，均通过软启器软启。另在保持原有主备电机监控信息下，通过软启器通讯接口与当地RTU，分别把软启器与四台启动开关的运行信息传递到总降压站，供运行人员远距离监控。在投用软启器时应注意首先检查设备正常后再送电源，检查电源送到位后再进行下一步操作。具体步骤如下。

4.1 直接启动当电控盘“手动/自动”转换开关置向于“手动”位置时，主、备两台风机均按原常规操作方式操作，这时软启动器不会软启动，3#、4#、5#、6#柜的开关均不能合闸。

4.2软启动（1）当要通过软启动器软启备风机时，先将电控盘“手动/自动”转换开关置于“自动”位置，再将电控盘“主风机/备风机”选择开关置于“备风机”位置，当开机条件具备时，按电控盘“备风机启动”按钮，则PLC按如下设定（编程写入）程序软启备风机：

PLC延时3秒先合4#开关→收到4#合闸信号延时3秒合6#开关→收到6#合闸信号延时5秒启动软启动器→软启动器收到起动命令后延时1秒合主回路接触器→再延时1秒触发可控硅，电动机开始运行；起动结束后软启动器给PLC发旁路B228闭合允许信号→PLC收到旁路B228闭合允许信号后合B228开关柜→电动机进入旁路运行→PLC收到B228开关柜合闸信号后延时2秒分6号开关柜→再延时1秒停软启动器→再延时1秒分4号开关柜，此时整个软启过程结束[2]。

247

综合：探索与发现信息记录材料 2020年12月 第21卷第12期 以上过程通过PLC编程自动完成，当要停备风机时按“备风机停止”按钮即可。

（2）当要通过软启动器软启主风机时，转换开关及选择开关置于“主风机位置”，动作程序相同，只是3#、5#、B218动作开关及动作时间有所不同（烟气轮机主驱动）。

（3）两风机一用一备，不能同时软启。5󰀁󰀁应用效果

5.1 运行调试5.1.1试验经过

主备风机组软起动装置从2006年6月安装完毕始，先后进行了三次集中调试，设定初始电压50%、电流限制290%FLA后启动，分别出现可控硅击穿、出线柜跳闸、软启动器自动锁停等现象，事后查明，对应原因为软启动切换到旁路柜运行时电流变化率di/dt太大、过负荷保护时间设定过短、软启动超时，后分析拆除软启动器与电机端之间容性过电压保护元件、调整出线柜过负荷时间、设定初始电压40%、电流限制260%FLA并调整修改PLC程序“PLC收到B228开关柜合闸信号后延时10秒停软启动器，再延时1秒停4#开关，再延时1秒停6#开关，此时整个软启过程已完成”内容，后运行正常投用。

5.1.2试验数据

初始电压40%、电流限制260%FLA下，从2006年9月—2018年10月，共记录了三次备风机带载启动数据，其启动前母线电压/启动瞬间母线电压/启动后母线电压/启动电流/总启动时间分别为6344/5723/6208V/1516A/27S、6330/5760/6185V/1545A/30S及6324/5689/6180V/1532A/30S，其中总启动时间包含PLC联动时间。

可以看出，压降与启动电流倍数未超过协议值（技术协议是分别不超过10%和2.5）。

5.2运行效果

5.2.1原直接启动的主要弊端

（1）启动电流高达额定电流的数倍，启动时间近1分钟造成电动机绕组高焦耳热温，加速绝缘老化，而且大电流高次谐波会诱发电网高频谐振，易造成继保误动。

（2）直接启动势必造成母线电压骤降，影响其他设备正常使用，有时机组润滑油泵直接跳停而致联锁切换，尤其是欠压保护动作，容易引发功率振荡，拉垮整段负荷。

（3）由异步电动机工作特性曲线可知，直接启动过程中，功率因数降低很多。

（4）留出一段专供启动，倒闸操作太多易发生误操作，且一段供电很不安全。

5.2.2投用软启动后的运行效果

从软启动工作原理所描述的“降压、缓升、限流”可知，降低定子电压会使电机机械特性变软，但因为电机拖动的是风机负载，其启动过程与机械特性曲线部分

248

也能相配合而稳定运行，使电机获得较宽的调速范围，并且随着定子电压逐渐上升，电机特性又逐步变硬，电机能够迅速工作在线性部分，从而得到较高转速、转矩和功率因数。

（1）平时维护量少，模拟联动试验简单快速，也降低了开机时运行电工工作量。

（2）调试与参数优化以来，开停工时起到了至关重要的作用，大幅改善了电网质量和稳定性，减缓电缆、电机绝缘老化，避免变数箱打齿、风机风叶折断等机械伤毁。

（3）减少启动电流谐波分量。直接启动电流波形呈脉冲陡升指数陡降，经傅氏变换计算后发现，其频谱上含大量高强谐波；软启后由图2可知，曲线平缓，只含有少量以3次为主的奇次谐波。

（4）软启动具有全电子保护功能，灵敏度和对故障保护的反应速度常用毫秒来计算，而且还提供了加速与减速模式可供选择，既可根据电动机的负载情况选择最合适的启动曲线而使电机按要求平滑加速，又可选择软停避免机组转矩冲击和水锤效应。

（5）软启器CPU对准备、启动、运行和停机四个过程都提供保护，每个过程的保护模式都可根据实际情况自主选择。另外一个很重要的功能是提供热过载保护，它可以检测和保护电动机，保证电动机在启动过程中不会超过额定的热容量条件，从而确保电动机过载保护更加准确，确保电动机能够在不同的负载和环境温度下安全运行，这样比过电流、过负荷等常规继电保护更加直接与快速[3]。6󰀁󰀁结语

软启器的选择和运行方案的设计，要因地制宜，要站在系统角度，充分考虑到供电网络、主要设备以及工艺装置的客观情况，多方论证；软启器运行监控与维护保养，要由专业技师指导操作。本软启器投运十余年，效果显著。既实现了启动电流从常规额定电流的4～7倍下降到2.44倍，减少了输配电方面的设备投入，又避免了电源电压骤降，极大地削减了电压和电流的高频谐波，从而保持了电源质量稳定，也有利于其他电力设备正常运行，而且平缓稳定启动也减少了启动过程中风机、变数箱等负载和电动机的机械冲击，降低了设备故障率和维修工作量，实现了机组长周期安稳运行。【参考文献】

[1]林海雪，孙树勤.电力网中的谐波[M].第一版.北京：中国电力出版社，1998:15-19.

[2]修春波，陈亚光.电机及拖动基础[M].第一版.北京：中国电力出版社，2016:77-112.

[3]方大千，孙思宇.软启动器、变频器及PLC控制线路[M].第一版.北京：化学工业出版社，2018:1-5.

作者简介：刘最发（1965- ），男，湖南岳阳，本科，高级工程师，研究方向：工厂变配电站自动化及电气设备新技术应用。