开关变压器式软起动装置在电动软起中的应用

周敏聪

（佛山市南海区水利投资建设有限公司，广东 佛山 528000）

开关变压器式软起动装置在电动软起中的应用

周敏聪

（佛山市南海区水利投资建设有限公司，广东 佛山 528000）

摘要：电机软起动器是改善异步电机的起动，停止与运行性能的一种装置。本文就探讨一种开关变压器式高压电机软起动装置的应用，介绍其工作原理，阐述该装置在泵站工程中的具体应用，结果表明，采用该装置可有效降低了起动电流，解决了直接起动带来的危害。

泵站；软起动装置；变压器；仿真计算；应用

普通电机在空载全压直接启动时面临两种矛盾：一是起动电流大，而电网承受电流冲击的能力有限；二是起动转矩小，而负载又要求有足够的转矩。这导致起动设备复杂、带负载能力差。随后人们发明了高压电机软启动装置。软启动装置虽能较理想地解决了以上矛盾，但是由于受可控硅件耐压的限制一直难以解决，所以高压电机软启动装置在应用中很少。然而，开关变压器式高压软启动装置能很好地解决了这一问题。该装置是对可控硅串联式软起动装置（俗称固态软起动装置）的改进，它用开关变压器（TK）的高压绕组来代替可控硅串联，而把可控硅放在开关变压器的低压侧，这样可控硅不用串联，可靠性大大提高，同时又保持了可控硅串联软起动的优异性能，是性价比最高的软起动装置。

1.开关变压器式软起动装置在电动软起中的应用原理

开关变压器式软起动装置在电动软起中，运行柜为k1，电动机D与运行柜构成运行工作系统；起动柜为k2，开关变压器TK与起动柜共同构成起动回路。起动电动机并将k2合上，同时将触发信号加到可控硅SCR中就可进行相控调压软起动；软起之后，再将k1合上并将k2断开，此时开关变压器的电动机就会开始正常运行。

如下内容为开关变压器式软起装置在电动软起中的实际应用原理：

当起动回路SCR中增加系统电压时，电机D中与开关变压器TK原边中施加了电压，但是因开关变压器TK中的空载电流低于电机D的空载额定电流值，故在TK原边需增加95%以上的电压，新增加的电压为u1，u2为开关变压器TK副边中增加的电压，电压通过正弦波波形表示。

当触发电压施加于起动回路SCR控制极时，起动回路SCR导通。假设从α角处导通起动回路SCR，则此时会降低u1，如图1所示中实线就可表示u1电压。外加电压减去电机端电压u1就是电压uD，如图2所示为D上的实际电压波形。从图示中可以看出，假如将控制角α前移，则会减小u2并增大uD。因此，按照上述思路对α由大到小连续调节，此时uD会由小到大连续变小，以此实现调压软起动。

图1　开关变压器软起动装置实际电压

具体而言，开关变压器式软起动技术装置具有诸多应用优点：

（1）在电机全压直起电流0～100%的参数范围内可对电机软起动电流进行连续调节。

（2）可在期望范围内连续调节电机。

（3）可采用恒值式、斜坡式及首脉冲等方式分别对起动电压及电流进行科学调节。在软起动过程中，为了有效限制起动电流的最大值，可利用分级恒流式软起动方式进行软起动。

（4）由于开关变压器式软起动电流较小，因此有效避免了其对公用电网及机械设备的强烈冲击。

（5）开关变压器式软起动技术装置构造简单、性价比高、维护、使用与控制灵活、方便。

2.泵站工程中开关变压器式软起动装置的具体应用

随着泵站工程不断增多，开关变压器式软起动装置在此类工程中的应用非常广泛，本文重点选取了某渠泵站工程进行案例分析，该泵站装机量与单机容量分别为5台与800kW，而且该泵站工程电机的额定电压为6kV，泵站工程相关的电路设备运行电路示意图如图3所示。

2.1 泵站工程中开关变压器式软起动装置运行仿真计算

当全压起动泵站工程中开关变压器式软起动装置系统时，电机转速与电流的实际变化运行规律如图4所示。

从开关变压器式软起动装置起动转速与额定转速的比值变化曲线图中可以看出，全压启动开关变压器式软起动装置时，起动电流大约是额定电流的5倍，因此这一大的运行电流会对开关变压器式软起动装置造成严重损坏，而且会导致母线中的运行电压降低，从而对相关设备的运行造成严重影响。所以，为了科学保证开关变压器式软起动装置能够正常运行，本泵站工程重点选择某公司研制的DJRQ05型开关变压器式软起动装置，采用程序控制系统进行科学控制运行，并使开关变压器式软起动装置的起动电流是额定电流的1.5倍，如图5所示为开关变压器式软起动装置起动转速与额定转速的比值变化曲线：

从上述开关变压器式软起动装置软起动转速与额定转速的比值变化图中可以看出，起动电机软起动后，电流明显降低，并将其科学控制在1.5倍额定电流范围内，此时可确保电网、电机运行稳定安全。

2.2 泵站工程中开关变压器式软起动装置的现场应用

泵站工程中开关变压器式软起动装置的运行参数如下：

泵站工程中开关变压器式软起动方式：

首选恒流式辅之以首脉冲式及电流电压斜坡式。

起动电流：

结合实际情况将起动电流调整为1.5倍额定电流。

电机保护功能：

电源电压过高、过低及缺相分别为120%UN、80%UN及20%UN；

泵站工程中开关变压器式软起动装置软起停时间：不限，程序调整。

开关变压器式软起动装置起动情况：

①首先对柜上电进行科学控制，各开关的运行状态采用PLC进行检测：起动柜1QF断开断路器，隔离柜KM1、KM2、KM3断开隔离开关。同时对电网电压及PLC模块等进行科学检测，当相关设备检测正常并发出允许起动信号后，亮起“允许”指示灯。

②当“允许”指示灯亮起时，合隔离柜KM2、KM3及起动柜1QF断路器，此时起动回路中接入开关变压器。与此同时，采样单元与触发单元共同进行工作。

③当PLC检测过程中电流表指针下降时，合闸信号发出，合闸隔离柜KM1、KM2并延时分闸KM3，电机运行正常，结束软起动。

④软起动电机时，如有故障信号，将停止软起动柜1QF断路器；如情况紧急，只需将紧急按钮按下，就可使整机停止工作。图6为开关变压器式软起动装置起动电流曲线。

图3　泵站工程中开关变压器式软起动装置电路设备运行示意图

图4　开关变压器式软起动装置起动电流与额定电流比值规律变化示意图

图5　开关变压器式软起动装置软起动电流与额定电流的比值

图6　开关变压器式软起动装置起动电流曲线

结语

总而言之，软起动技术是在电子技术、现代模糊控制技术及微处理技术基础上，采用领先的科学技术及具有可靠、安全运行功能的电机控制设备进行变压控制的一种新型技术方式。与传统的电机起动技术装置相比，开关变压器式高压电机软起动装置具有起动性能强、占地面积小、设备维护简单、设备运行安全可靠等技术优点。因此，这一新型的技术装置可以取代传统的工艺设备。本文在工程实例分析过程中，通过研究实践发现，能够一次性成功起动开关变压器式高压电机软起动技术装置。在此起动过程中，技术人员可将起动电流控制在1.5倍额定电流范围内，同时使母线电压降低约6%。因此，经过科学评估，该技术设备的相关运行参数满足实际设计要求，克服了传统设备运行中的相关困难，值得广泛应用与推广。

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