水電阻軟啟動(dòng)柜改造為高壓晶閘管軟啟動(dòng)方案

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

一、概述

武鋼煉鐵廠高爐除塵系統(tǒng)主抽風(fēng)機(jī)電機(jī)（1250KW），原先采用水阻柜方式啟動(dòng)。由于受技術(shù)條件的限制，存在以下弊端：（1）每次啟動(dòng)完在進(jìn)行電源切換時(shí)，電機(jī)電流會(huì)產(chǎn)生階躍上升跳變，對(duì)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(dǎo)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(jī)的啟動(dòng)特性，使同一臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)過程無重復(fù)性。故需經(jīng)常檢查和調(diào)節(jié)電解液的濃度或補(bǔ)充電解液，以期液態(tài)電阻值保持正常，維護(hù)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(jìn)、安全可靠的高壓晶閘管軟啟動(dòng)技術(shù)。

二、高壓晶閘管軟啟動(dòng)系統(tǒng)

高壓晶閘管軟啟動(dòng)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(hào)處理器）+CPLD控制系統(tǒng)（復(fù)雜可編程邏輯器件）、電流互感器、電壓互感器、過壓保護(hù)器、遠(yuǎn)程控制操作臺(tái)。

（1）選用高壓大功率晶閘管閥組作為功率部件，一對(duì)反并聯(lián)晶閘管組合成一個(gè)晶閘管組件，每相晶閘管閥組由六個(gè)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(guó)外先進(jìn)的光電觸發(fā)技術(shù)，觸發(fā)信號(hào)及元件的檢測(cè)信號(hào)由光纖傳送，光纖傳送脈沖實(shí)現(xiàn)了高低壓隔離，阻斷了高壓回路對(duì)控制回路的干擾通道，保證了控制檢測(cè)信號(hào)的可靠性。設(shè)有晶閘管狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控保護(hù)措施，任意一個(gè)晶閘管發(fā)生故障，控制系統(tǒng)都能發(fā)出報(bào)警、顯示故障類別，并快速封鎖脈沖保護(hù)其他元件。該裝置采用了交流技術(shù)國(guó)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(yùn)，系統(tǒng)仍然可以完成電機(jī)的正常啟動(dòng)，帶電源旁路后，再將裝置離線檢查和更換故障晶閘管，這項(xiàng)技術(shù)極大地提高了裝置的可靠性，保證了武鋼4號(hào)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(dāng)軟啟動(dòng)過程結(jié)束后，QM閉合，使電機(jī)直接掛在10KV工頻電源上，電機(jī)進(jìn)入正常的工藝運(yùn)行；同時(shí)將晶閘管閥組旁路，晶閘管閥組退出運(yùn)行，以備下一個(gè)啟動(dòng)周期。

（3）DSP為16為數(shù)字信號(hào)處理器，指令流水線操作，響應(yīng)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(jī)界面直觀而良好，操作簡(jiǎn)單易懂。在軟啟動(dòng)工程中，DSP控制板根據(jù)設(shè)定啟動(dòng)方式（主要有斜坡啟動(dòng)方式、恒流啟動(dòng)方式、轉(zhuǎn)矩突跳啟動(dòng)方式）、啟動(dòng)電流以及采集到的實(shí)際電機(jī)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(jī)的輸入電壓，限制電機(jī)的啟動(dòng)電流，平穩(wěn)啟動(dòng)電機(jī)，當(dāng)軟啟動(dòng)裝置輸出電壓和電機(jī)轉(zhuǎn)速升至（接近)額定值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出電源切換指令，電機(jī)由軟啟動(dòng)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(huì)影響裝置的啟動(dòng)性能，維護(hù)工作量小。除此之外，高壓晶閘管軟啟動(dòng)柜還具有軟停車功能，可以運(yùn)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(dòng)過程中，為高壓晶閘管軟啟動(dòng)裝置采集和提供電機(jī)的電流信號(hào)。電壓互感器提供電源的電壓信號(hào)。過壓保護(hù)器提供對(duì)電機(jī)的過壓保護(hù)，防止突然跳閘時(shí)的過電壓對(duì)電機(jī)絕緣的損壞。遠(yuǎn)程控制操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（6）高壓晶閘管軟啟動(dòng)系統(tǒng)還對(duì)電機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為電機(jī)提供各種實(shí)時(shí)快速保護(hù)功能。系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)如表1所示。

三 運(yùn)行效果

除塵系統(tǒng)主抽風(fēng)機(jī)電機(jī)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(dòng)系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)過程的性能指標(biāo)和保護(hù)功能進(jìn)行了全面測(cè)試。

1.啟動(dòng)過程測(cè)試

電機(jī)恒流啟動(dòng)，電流值設(shè)定為3.8倍額定電流。給啟動(dòng)指令后，除塵風(fēng)機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)，沒有沖擊與噪聲，測(cè)得電機(jī)啟動(dòng)電流實(shí)際值與給定值相符，啟動(dòng)時(shí)間為26s左右。實(shí)測(cè)啟動(dòng)過程中電機(jī)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(dòng)過程分為三個(gè)階段：?jiǎn)?dòng)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(shí)的電壓快速上升階段。這與異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性完全相符，因?yàn)閯倖?dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速很低，轉(zhuǎn)差大，轉(zhuǎn)子有功反電勢(shì)微小，電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)差逐漸減小，有功電勢(shì)增大，為保持恒流，電機(jī)輸入電壓隨轉(zhuǎn)速的增加而緩慢上升；接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速已越過了顛覆轉(zhuǎn)矩速度，電流迅速下降，于是電機(jī)電壓很快上升到滿電壓，此時(shí)將旁路接觸器QM閉合，使電機(jī)直接掛入10kV電網(wǎng)運(yùn)行。

2.保護(hù)功能測(cè)試

軟啟動(dòng)系統(tǒng)的保護(hù)包括電機(jī)保護(hù)和軟啟動(dòng)裝置自身保護(hù)，對(duì)每個(gè)保護(hù)功能逐一進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)良好，能夠很好地在整個(gè)啟動(dòng)過程中保護(hù)電機(jī)。

四、結(jié)語(yǔ)

高壓晶閘管軟啟動(dòng)作為武鋼第一臺(tái)固態(tài)晶閘管高壓軟啟動(dòng)系統(tǒng)，自安裝投運(yùn)以來，除塵風(fēng)機(jī)機(jī)組啟動(dòng)平穩(wěn)，除塵系統(tǒng)運(yùn)行正常，同時(shí)克服了以往應(yīng)用水阻柜的缺點(diǎn)，大大較小了維護(hù)工作量，保證了武鋼4號(hào)高爐除塵系統(tǒng)的可靠工作，技術(shù)改造效果明顯。