水電阻軟啟動柜改造為高壓晶閘管軟啟動方案

水阻柜是近年來運用比較廣泛的電機啟動設(shè)備，但也有其優(yōu)點和缺點。下面是武鋼煉鐵廠將水阻柜改造為高壓晶閘管軟啟動方案的詳細介紹。

一、概述

武鋼煉鐵廠高爐除塵系統(tǒng)主抽風機電機（1250KW），原先采用水阻柜方式啟動。由于受技術(shù)條件的限制，存在以下弊端：（1）每次啟動完在進行電源切換時，電機電流會產(chǎn)生階躍上升跳變，對設(shè)備產(chǎn)生有害的二次沖擊。（2）由于液態(tài)介質(zhì)電解液受環(huán)境溫度的影響，導致液態(tài)電阻值發(fā)生變化，加之電解液的揮發(fā)，影響電機的啟動特性，使同一臺電機的啟動過程無重復性。故需經(jīng)常檢查和調(diào)節(jié)電解液的濃度或補充電解液，以期液態(tài)電阻值保持正常，維護工作量大。（3）原裝置使用年久、設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。為此，決定拆除舊的水阻柜，采用技術(shù)性能先進、安全可靠的高壓晶閘管軟啟動技術(shù)。

二、高壓晶閘管軟啟動系統(tǒng)

高壓晶閘管軟啟動系統(tǒng)原理示意圖見下圖。主要包括高壓大功率晶閘管閥組、高壓真空接觸器QM、DSP（數(shù)字信號處理器）+CPLD控制系統(tǒng)（復雜可編程邏輯器件）、電流互感器、電壓互感器、過壓保護器、遠程控制操作臺。

（1）選用高壓大功率晶閘管閥組作為功率部件，一對反并聯(lián)晶閘管組合成一個晶閘管組件，每相晶閘管閥組由六個晶閘管組件串聯(lián)組成（含熱備用一組），自然空氣冷卻。觸發(fā)系統(tǒng)采用國外先進的光電觸發(fā)技術(shù)，觸發(fā)信號及元件的檢測信號由光纖傳送，光纖傳送脈沖實現(xiàn)了高低壓隔離，阻斷了高壓回路對控制回路的干擾通道，保證了控制檢測信號的可靠性。設(shè)有晶閘管狀態(tài)實時監(jiān)控保護措施，任意一個晶閘管發(fā)生故障，控制系統(tǒng)都能發(fā)出報警、顯示故障類別，并快速封鎖脈沖保護其他元件。該裝置采用了交流技術(shù)國家工程研究中心的最新技術(shù)，即在晶閘管組件上做一組熱備用，即便某一組晶閘管出現(xiàn)了故障，熱備用阻投運，系統(tǒng)仍然可以完成電機的正常啟動，帶電源旁路后，再將裝置離線檢查和更換故障晶閘管，這項技術(shù)極大地提高了裝置的可靠性，保證了武鋼4號高爐除塵系統(tǒng)的可靠工作。

（2）高壓真空接觸器QM為電源旁路接觸器，當軟啟動過程結(jié)束后，QM閉合，使電機直接掛在10KV工頻電源上，電機進入正常的工藝運行；同時將晶閘管閥組旁路，晶閘管閥組退出運行，以備下一個啟動周期。

（3）DSP為16為數(shù)字信號處理器，指令流水線操作，響應速度快；采用薄膜操作面板和大屏幕中英文液晶顯示器，所以人機界面直觀而良好，操作簡單易懂。在軟啟動工程中，DSP控制板根據(jù)設(shè)定啟動方式（主要有斜坡啟動方式、恒流啟動方式、轉(zhuǎn)矩突跳啟動方式）、啟動電流以及采集到的實際電機電流來改變晶閘管的觸發(fā)角，各相晶閘管順序?qū)?，并按一定?guī)律移相改變電機的輸入電壓，限制電機的啟動電流，平穩(wěn)啟動電機，當軟啟動裝置輸出電壓和電機轉(zhuǎn)速升至（接近)額定值時，控制系統(tǒng)發(fā)出電源切換指令，電機由軟啟動裝置供電切換成工頻電壓供電。

（4）與水阻柜相比，電源切換過程沒有二次沖擊。環(huán)境溫度變化不會影響裝置的啟動性能，維護工作量小。除此之外，高壓晶閘管軟啟動柜還具有軟停車功能，可以運用在泵系統(tǒng)，已消除水錘現(xiàn)象造成設(shè)備（如閥門）的損壞。

（5）電流互感器在啟動過程中，為高壓晶閘管軟啟動裝置采集和提供電機的電流信號。電壓互感器提供電源的電壓信號。過壓保護器提供對電機的過壓保護，防止突然跳閘時的過電壓對電機絕緣的損壞。遠程控制操作臺實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

（6）高壓晶閘管軟啟動系統(tǒng)還對電機工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，為電機提供各種實時快速保護功能。系統(tǒng)的主要性能指標如表1所示。

三 運行效果

除塵系統(tǒng)主抽風機電機主要參數(shù)為：額定電壓10kV，50Hz，額定電流88A，額定功率1250kW，額定轉(zhuǎn)速989r/min。高壓晶閘管軟啟動系統(tǒng)投運時，對系統(tǒng)啟動過程的性能指標和保護功能進行了全面測試。

1.啟動過程測試

電機恒流啟動，電流值設(shè)定為3.8倍額定電流。給啟動指令后，除塵風機平穩(wěn)啟動，沒有沖擊與噪聲，測得電機啟動電流實際值與給定值相符，啟動時間為26s左右。實測啟動過程中電機端電壓與電流（有效值）波形如圖2所示，其中1、2通道為A、C相電流，3通道為電壓。由波形圖可清楚看出，啟動過程分為三個階段：啟動初期的電壓快速上升階段、恒流加速階段、轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時的電壓快速上升階段。這與異步電機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性完全相符，因為剛啟動時，電機轉(zhuǎn)速很低，轉(zhuǎn)差大，轉(zhuǎn)子有功反電勢微小，電機輸入電壓主要降于定子與轉(zhuǎn)子漏抗，為在定子回路建立規(guī)定的恒流，輸入電壓需要快速上升到一定數(shù)值；在恒流加速階段，電機轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)差逐漸減小，有功電勢增大，為保持恒流，電機輸入電壓隨轉(zhuǎn)速的增加而緩慢上升；接近額定轉(zhuǎn)速時，電機轉(zhuǎn)速已越過了顛覆轉(zhuǎn)矩速度，電流迅速下降，于是電機電壓很快上升到滿電壓，此時將旁路接觸器QM閉合，使電機直接掛入10kV電網(wǎng)運行。

2.保護功能測試

軟啟動系統(tǒng)的保護包括電機保護和軟啟動裝置自身保護，對每個保護功能逐一進行了測試，結(jié)果表明各項技術(shù)指標良好，能夠很好地在整個啟動過程中保護電機。

四、結(jié)語

高壓晶閘管軟啟動作為武鋼第一臺固態(tài)晶閘管高壓軟啟動系統(tǒng)，自安裝投運以來，除塵風機機組啟動平穩(wěn)，除塵系統(tǒng)運行正常，同時克服了以往應用水阻柜的缺點，大大較小了維護工作量，保證了武鋼4號高爐除塵系統(tǒng)的可靠工作，技術(shù)改造效果明顯。