[摘要] 本文介紹了開關變壓器式高壓電機軟起動器在濟鋼1700熱連軋廠高壓水除磷系統(tǒng)上的應用，分析了開關變壓器式軟起動器的工作原理和特點。該系統(tǒng)很好地解決了高壓電動機軟起動方面的難題，應用效果良好，值得推廣。 [關鍵詞] 軟起動器；開關變壓器；可控硅；高壓電動機 0.概述 濟鋼熱連軋廠于2005年12月正式建成投產(chǎn)，設計產(chǎn)能220萬噸，建廠第一年就順利完成產(chǎn)量225萬噸。為了進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，拓展和開發(fā)高附加值產(chǎn)品，于2007年10月計劃并實施了高壓水除磷系統(tǒng)改造項目工程。改造項目在原有高壓水除磷泵站（三臺除磷水泵）的基礎上，新增三臺大功率除磷水泵，組成精軋除磷泵站。在與該項目配套實施的電氣系統(tǒng)改造項目中，為解決原有水電阻式軟起動器存在的起動困難，維護量大的難題，決定選用哈爾濱帕特爾公司設計生產(chǎn)的開關變壓器式高壓電機軟起動器作為高壓電機軟起動裝置，共引進2套，其中一套為一拖一裝置，一套為一拖二裝置。 1.系統(tǒng)組成 1.1主回路及起動過程 電機軟起動系統(tǒng)由三部分組成:高壓電動機、高壓開關柜和軟起動裝置。高壓電動機額定電壓10kV，額定功率2800kW。高壓開關柜有三種：運行柜、隔離柜和起動柜。其中一拖二裝置2臺電動機共用1臺起動柜。軟起動裝置由開關變壓器2000kVA、可控硅和控制系統(tǒng)組成，其中可控硅采用油浸式方法集中安裝在充滿變壓器油可控硅箱中。主回路簡圖如圖1所示（以一拖一系統(tǒng)為例）。 以一拖一為例，軟起動器起動過程有四步： （1） 控制柜上電，PLC檢測各開關的狀態(tài)，如果檢測到1QF手車位置點、2QF手車位置點、3QF手車位置點閉合，1QF輔助觸點打開，2QF輔助觸點打開，3QF輔助觸點閉合，此時發(fā)出允許信號，“允許”指示燈亮。 （2） 當操作者看到“允許” 指示燈亮時，可以按起動按鈕，這時2QF合閘，電機軟起動開始。 （3） 當PLC檢測電流下降到程序預設值時或時間到達預設值時，發(fā)出合運行柜信號，使運行柜1QF合閘，電機轉(zhuǎn)入正常運行，延時1秒發(fā)出跳起動柜、隔離柜信號，使起動柜、隔離柜跳閘，使開關變壓器從電網(wǎng)脫離，電機軟起動結(jié)束。允許信號消失，允許指示燈熄滅。 （4） 在電機軟起動過程中，如有軟起故障發(fā)生，則發(fā)出故障信號，將起動柜2QF 跳閘，軟起動停止；如在起動過程中有緊急情況發(fā)生，則按下急停按鈕，即可停止整機工作。 1.2控制系統(tǒng) PLC是軟起動裝置的核心控制組件，選用西門子S7-200系列模塊構(gòu)成。CPU選用CPU224，它是PLC的中央控制單元，具有14路開關量輸入和10路開關量輸出。它檢測外部連鎖輸入條件：隔離柜斷路器輔助觸點、運行柜斷路器輔助觸點、起動柜手車位置點等以及觸發(fā)單元故障和開關變壓器瓦斯故障等報警信息，根據(jù)程序進行判斷并給出相應的輸出狀態(tài)。模擬量輸入/輸出模塊EM235，具有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出，在系統(tǒng)中它主要完成對電網(wǎng)電壓的檢測工作和模擬電壓量的輸出，也就是可控硅觸發(fā)單元的控制輸入。模擬量輸入/輸出模塊EM231，具有4路模擬量輸入，在系統(tǒng)中它主要完成對電機電流的采樣檢測工作。 [align=center] 圖3.電流斜坡式 [/align] 軟起動的起動方式為電流斜坡式（如圖3所示），采用電流閉環(huán)調(diào)節(jié)。起動中不同時段的電流設定值由程序給定，這里的電流設定值可以根據(jù)負載類型的不同自由設定，主電路中的電流由采樣單元采集，PLC比較電流反饋值和給定值，根據(jù)差值調(diào)節(jié)觸發(fā)單元的輸入電壓，改變SCR的導通角，從而改變主電路中的電流與給定值相等。 2.工作原理 開關變壓器軟起動器把變壓器與晶閘管相結(jié)合，使變壓器在電路中起到一個開關的作用，利用變壓器次級短路和開路的性質(zhì)來實現(xiàn)變壓器的開關作用。變壓器主電路接法也不同于常規(guī)變壓器應用電路，它把可控硅放在開關變壓器的低壓側(cè)，高壓側(cè)繞組的末端接被控負荷（電動機），開關變壓器是個中間控制設備。 當加上電壓時（SCR未通），開關變壓器TK原邊和電機D上得到電壓，由于TK的空載電流遠小于D的空載電流，故電壓絕大部分（95%以上） 加在TK原邊，這時TK副邊也得到電壓，波形為正弦波。 當SCR控制極加上觸發(fā)電壓時，SCR導通，在α角處導通，則u2立即降低，u2電壓如圖實線所示，u1的波形也相同。 D上的電壓為外加電壓減去u1，則D上的電壓波形uD如圖所示：當改變控制角α時（比如前移），則u2變小，u1變小；uD加大。這樣，連續(xù)調(diào)節(jié)α由大到小，則uD連續(xù)由小到大，完成調(diào)壓軟起動。 3.系統(tǒng)特點 1、輸出電壓平滑調(diào)節(jié)、無機械沖擊，有利于提高機械設備壽命 軟起動過程是隨著電機的端電壓的逐步升高，電機電流由小到大逐步變大，能在小電流以內(nèi)給電機以充分的加速，再逐步的加大電機的電流，使之接近同步轉(zhuǎn)速。由于有預加速作用，因此能最大限度的減小起動電流，使之對電網(wǎng)的沖擊最小，對電機及機械的傷害最小。輕載（<20%）軟起動時，最大起動電流在3Ie以內(nèi)。 2、節(jié)能，自身溫升很小，可以連續(xù)起動 2、節(jié)能，自身溫升很小，可以連續(xù)起動 在主回路中，開關變壓器受可控硅SCR的控制，執(zhí)行的是開關作用。當SCR截止時，TK原邊電流為零（非常小，可忽略），TK原邊加的是電源電壓，此時TK只有鐵損，無銅損；當SCR導通時，TK原邊電壓為零（很小，可忽略），只有銅損，無鐵損。因此在起動過程中，TK損耗很小，溫升小，對于一拖多裝置來說可以連續(xù)起動。 3、產(chǎn)生高次諧波少，電網(wǎng)的安全可靠性提高 高次諧波對電網(wǎng)及用戶都是非常有害的，它會使用電設備發(fā)熱直至損壞；會使電容電感產(chǎn)生諧振，引起事故；會干擾繼電保護和自動裝置的正常工作，影響電網(wǎng)的安全運行。與高壓變頻裝置相比，開關變壓器式起動裝置的高次諧波產(chǎn)生在開關變壓器的低壓側(cè)，傳遞到電網(wǎng)和電動機上時要經(jīng)過TK的漏抗，這就相當于高次諧波源具有很大的內(nèi)阻，加到電網(wǎng)上的高次諧波就很小了。在測試中，總諧波畸變率為2.72%。另外，開關變壓器式軟起動器可以靈活的調(diào)整起動電流曲線，最大限度的減小起動電流最大值，進而減小電網(wǎng)電壓波動，做到不影響其他設備的運行，可以與其他設備共用電網(wǎng)。 4、完善的自診斷保護功能 PLC控制系統(tǒng)可以對包括自身模塊在內(nèi)的系統(tǒng)狀況進行檢測，當發(fā)現(xiàn)異常情況時，則發(fā)出聲光報警信號。通過查看報警顯示單元顯示的具體數(shù)字，使故障明確，以利于排除故障。具體的故障報警信息有：模塊故障、電源電壓故障、短路故障、電流不平衡故障、觸發(fā)板故障、欠流故障、變壓器油溫過高故障和變壓器瓦斯故障等。 4.應用效果 在實際生產(chǎn)中，開關變壓器式軟起動器工作情況良好，其中一拖二裝置可以連續(xù)起動，可控硅裝置無明顯溫升，很好的滿足了實際生產(chǎn)需要，并且軟起動器本身的維護量非常小。在起動過程中，電機電流控制非常精確，最大的起動電流控制在3Ie以下，每次起動電流值控制基本一致。電壓總諧波畸變很小，對電網(wǎng)系統(tǒng)沒有有害影響。 5.結(jié)束語 開關變壓器式高壓電機軟起動器在除磷水泵上的應用效果良好，與目前采用的其他軟起動方法相比，具有性價比高的優(yōu)點，值得進一步推廣。