引言：

　　我國(guó)低壓軟起動(dòng)器（400V）目前有一百多家制造廠，高壓軟起動(dòng)器（3kV、6kV、10kV）亦有十多家制造廠，然而高壓大功率（幾千瓦至幾萬(wàn)千瓦）制造廠屈指可數(shù)了。我公司因客戶需要于2010年四季度試制成功首臺(tái)10kV20000kW高壓大功率軟起動(dòng)器，已交用戶，不久投入運(yùn)行。

　　0引言

　　我公司首臺(tái)10kV20000kW固態(tài)軟起動(dòng)器，經(jīng)半年來(lái)從設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試已進(jìn)入完工階段，不久可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，就可投入運(yùn)行了。這樣高電壓大功率的軟起動(dòng)器，對(duì)我公司還是首次。

　　1軟起動(dòng)器的用途

　　近年來(lái)軟起動(dòng)器使用面不斷的擴(kuò)大，對(duì)類似大型風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)、攪拌機(jī)、球磨機(jī)等在使用過(guò)程中，由于生產(chǎn)工藝決定，既不要調(diào)速，又不要節(jié)能，但必須用軟起動(dòng)器的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，所以各制造單位就應(yīng)運(yùn)而生，業(yè)務(wù)亦不斷地?cái)U(kuò)大。我公司亦在其中，毫不例外，除了銷售量遞增外，品種要求在不斷提升，功率亦在不斷增大，前景十分美好。

　　當(dāng)有下列情況時(shí)必須使用軟起動(dòng)器：

　?。?）正常運(yùn)行不具有調(diào)速和節(jié)能的要求；

　?。?）電動(dòng)機(jī)功率大，在起動(dòng)時(shí)造成主變壓器的輸出電壓降≥10%UN；

　　（3）設(shè)備不允許受沖擊，否則對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不良后果；

　?。?）設(shè)備或負(fù)載工況條件不允許直接起動(dòng)或其它方式起動(dòng)；

　?。?）中大功率電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)過(guò)程能量損失可觀，需要減?。?/p>

　　2電子式智能軟起動(dòng)器

　　隨著電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外相繼開發(fā)了一系列電子式軟起動(dòng)器，其原理圖如圖1所示。（為低壓380V的原理框圖，當(dāng)電壓1-10kV時(shí)，只是主電路連接有變化，其它類同。）

　　圖1電子式軟起動(dòng)器原理

　　圖1中各環(huán)節(jié)分析如下：

　　（1）主電路一般都采用晶閘管（SCR）調(diào)壓電路。調(diào)壓電路由6只晶閘管組成，每相2只反并聯(lián)，串接于電動(dòng)機(jī)供電線路上。當(dāng)軟起動(dòng)器的微處理器CPU控制系統(tǒng)接到起動(dòng)指令后，便按軟件程序進(jìn)行計(jì)算，輸出晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)控制導(dǎo)通角使軟起動(dòng)器按選用起動(dòng)模式調(diào)節(jié)輸出電壓（或電流），實(shí)施被控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程。起動(dòng)完畢后，旁路接觸器吸合，短路所有晶閘管使電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)運(yùn)行，投入正常工作狀態(tài)。

　　（2）驅(qū)動(dòng)電路是由CPU的輸出信號(hào)，控制分配電路輸出脈沖信號(hào)，控制6只晶閘管，以改變導(dǎo)通角方式來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓（或電流）。

　?。?）微處理器CPU：可采用80C196MC電動(dòng)機(jī)專用控制芯片，晶體振蕩頻率為12MHz，軟件自制研制開發(fā)的。

　?。?）電壓檢測(cè)：實(shí)時(shí)測(cè)電壓，并提供電壓的信號(hào)。

　?。?）電流檢測(cè)：實(shí)時(shí)側(cè)電流，并提供電流信號(hào)。

　?。?）鍵盤、顯示器：6個(gè)按鍵以便面板操作，2x16LCD，顯示有8個(gè)狀態(tài)信號(hào)燈。

　?。?）通信接口：具有標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C、RS-485串行接口，支持Modbus或Profibus-DP協(xié)議，可與上位機(jī)相連，并可遙控、遙測(cè)、狀態(tài)顯示等。

　　3軟起動(dòng)控制模式

　?。?）限流起動(dòng)見圖2（a）

　　限流起動(dòng)電流不超過(guò)某一設(shè)定值（Im）。主要用在輕載的減壓起動(dòng)，并保持輸出電流≤Im條件下，逐漸升高電壓直到額定電壓（UN）。使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速漸升直到額定轉(zhuǎn)速（nN）。優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小且可調(diào)，對(duì)電網(wǎng)電壓影響??；缺點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)難以知道啟動(dòng)電壓，起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。

　?。?）電壓斜坡起動(dòng)見圖2（b）

　　電壓斜坡上升可一級(jí)或兩級(jí)，或是均勻無(wú)級(jí)的，可用在中載或重載起動(dòng)機(jī)的。缺點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)速呈拋物線上升，起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。

　?。?）轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)見圖2（c）

　　主要適用于重載，轉(zhuǎn)矩線性上升。特點(diǎn)是起動(dòng)平滑、柔性好。但起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。

　　（4）轉(zhuǎn)矩突加起動(dòng)見圖2（d）

　　適用于重載大慣量負(fù)載。轉(zhuǎn)矩突加先克服靜轉(zhuǎn)矩，再平滑上升，以縮短起動(dòng)時(shí)間。轉(zhuǎn)矩突加有沖擊，選值要適當(dāng)。

　?。?）電壓控制起動(dòng)見圖2（e）

　　適用于輕載，在保證壓降前提下，能獲得最大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。盡可能縮短起動(dòng)時(shí)間，對(duì)輕載軟起動(dòng)是最優(yōu)的。

　　圖2各種軟起動(dòng)器波形圖

　　4停車方式

　?。?）自由停車：停車時(shí)間長(zhǎng)。

　?。?）軟停車：消除拖動(dòng)系統(tǒng)的反慣性沖擊，即水錘效應(yīng)，對(duì)水泵尤為重要。

　?。?）制動(dòng)停車：能快速停止，替代反接制動(dòng)——用直流制動(dòng)。

　　5高壓軟動(dòng)器原理框圖

　　圖3高壓軟動(dòng)器原理框圖

　　6操作面板及觸摸屏

　　HPMV-DN操作面板，操作方便，可以快速、持續(xù)進(jìn)行監(jiān)控，良好的可讀性，菜單設(shè)計(jì)，維護(hù)便捷。根據(jù)具體應(yīng)用，最主要的參數(shù)在出廠前已預(yù)設(shè)好。個(gè)別參數(shù)，客戶可以通過(guò)良好的用戶操作面板很容易的進(jìn)行設(shè)置。

　　操作面板上安裝有：

　　·LCD-顯示器

　　·兩行顯示，每行可背光顯示16個(gè)字符

　　·默認(rèn)語(yǔ)言：中文（英語(yǔ)）、德語(yǔ)、法語(yǔ)、西班牙語(yǔ)

　　·8個(gè)LED快速狀態(tài)顯示

　　·6個(gè)按鍵，菜單設(shè)置，內(nèi)置出廠參數(shù)

　　圖4操作面板

　　界面功能

　　·工作電流及曲線

　　·工作電壓

　　·工作狀態(tài)指示及綜合信息

　　·故障顯示及查詢

　　·起停及復(fù)位操作

　　·歷史信息查詢

　　圖5功能界面

　　7HPMV起動(dòng)器組成

　　軟起動(dòng)器由兩大部分組成：

　　（1）高壓部分：高壓器件在高壓內(nèi)艙，主要包括高壓晶閘管組件，EVT-TX（電壓信號(hào)發(fā)送器），電流互感器，觸發(fā)板，旁路開關(guān)等。

　　高壓艙見圖7，在柜體的后部。將前門和低壓艙開啟后，有一透明有機(jī)玻璃防護(hù)板，透過(guò)此板可見高壓器件。柜體后門采用螺栓固定，松開螺栓后移開柜門就可見高壓器件。

　?。?）低壓部分：低壓器件在低壓艙內(nèi)，主要包括主控電路。EVT-RX（電壓信號(hào)接收器），信號(hào)變換器，設(shè)置單元，輸入輸出單元，電源等。

　　低壓艙見圖6、7，在柜體的前部，將前門開啟后，可見低壓艙室。低壓艙與高壓部分采取了安全隔離措施，調(diào)試時(shí)高壓帶電時(shí)可開啟低壓艙門，工作期間不要開啟艙門！

　　對(duì)本產(chǎn)品分三個(gè)柜體：高壓進(jìn)線柜，控制器件柜，高壓旁路柜。

　　圖6主控制器室圖

圖7開啟的低壓艙室（后倉(cāng)高壓）

　　810kV20000kW固態(tài)軟起動(dòng)器技術(shù)亮點(diǎn)

　　圖8高壓晶閘管串聯(lián)組件

　　1）對(duì)10kV20000kW的高壓大功率軟起動(dòng)器來(lái)說(shuō)，它的主電路必須采用多個(gè)SCR串聯(lián)以提高使用電壓，多個(gè)SCR并聯(lián)以提高運(yùn)行電流，經(jīng)研究計(jì)算，我公司選用每相二組，每組五個(gè)串聯(lián)SCR，二組反向并聯(lián)方式，選用器件是國(guó)內(nèi)一流廠商提供的。每個(gè)SCR的常態(tài)工作電壓UDSM=6500V，平均電流IT(AV)=3460A，見圖8所示，經(jīng)這樣的方式處理后能滿足靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的電壓和電流的要求，并經(jīng)對(duì)方認(rèn)可的，所以可放心的投入運(yùn)行，產(chǎn)品質(zhì)量符合德國(guó)ABB公司的技術(shù)條件，一組5個(gè)SCR，一相10個(gè)SCR，三相共30個(gè)SCR。

　　2）電子器件既要考慮靜態(tài)，又要考慮動(dòng)態(tài)，才能滿足正常的使用要求，兩者缺一不可的，經(jīng)計(jì)算獲得電壓的過(guò)壓能力是3.25倍，電流的過(guò)載能力是2.34倍，并經(jīng)對(duì)方認(rèn)可，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)滿足使用要求的，所以可放心的投入運(yùn)行。

　　3）由于每組有5個(gè)SCR相串聯(lián)必須考慮靜態(tài)和動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}見圖8所示，此圖中RP是靜態(tài)均壓電阻，R0C0是動(dòng)態(tài)均壓阻容積分吸收電路，取適當(dāng)值后可解決靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的均壓?jiǎn)栴}。

　　4）信號(hào)同步觸發(fā)對(duì)串聯(lián)SCR是個(gè)重要問(wèn)題，即5個(gè)SCR要同時(shí)觸發(fā)，否則早觸發(fā)的SCR造成晚導(dǎo)通的SCR過(guò)電壓，嚴(yán)重時(shí)有電擊穿的可能性，因此，觸發(fā)信號(hào)要同步。按以往經(jīng)驗(yàn)，采取一個(gè)脈沖源，經(jīng)多路光纖傳導(dǎo)，共5個(gè)SCR的G極需要，其時(shí)差在µs量級(jí)，滿足使用要求的。同時(shí)增大觸發(fā)時(shí)的電流及di/dt也有助于觸發(fā)同步。

　　5）在電壓采樣環(huán)節(jié)采用電子電壓變送器EVT-TX（發(fā)送）和EVT-RX（接收）二部件組成信號(hào)以光纖方式傳送，目的是高低壓隔離為安全，防止干擾，信號(hào)穩(wěn)定，可一定距離的輸出三相120V，采樣速率10kps，線性度好，精度高，無(wú)移相。

　　6）電動(dòng)機(jī)一相對(duì)地絕緣監(jiān)測(cè)儀是在離線狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并顯示絕緣電阻值大小，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值時(shí)，會(huì)自動(dòng)報(bào)警提示，并自動(dòng)記錄以備查閱，量程60MΩ，是高壓大功率的電動(dòng)機(jī)的絕緣電阻值監(jiān)護(hù)好幫手，可供用戶使用。

　　7）進(jìn)線隔離開關(guān)選用高壓真空斷路器，旁路開關(guān)選用高壓真空接觸器，都是永磁操作機(jī)構(gòu)，工作可靠性高達(dá)10萬(wàn)次，是國(guó)內(nèi)名牌一流產(chǎn)品提供用戶的。

　　8）箱體是防銹鋼板制成的，寬敞的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)出口及風(fēng)道，提供足夠散熱條件，使元器件溫升在允許值之內(nèi)，保證安全、可靠地運(yùn)行。

　　9）目前公司內(nèi)尚未建成電機(jī)測(cè)試基地，尤其是高壓大功率的電動(dòng)機(jī)。但中小功率電動(dòng)機(jī)測(cè)試室早已投入工作，雖然這樣，我們對(duì)10kV20000kW軟起動(dòng)器亦仍然做了低電壓大電流的負(fù)載試驗(yàn)，在有關(guān)測(cè)試參數(shù)合格的前提下，才轉(zhuǎn)送給用戶的。

　　10）為防止使用場(chǎng)地的環(huán)境過(guò)濕過(guò)潮，要影響高壓軟起動(dòng)柜內(nèi)電氣元器件，在用戶有必要可裝置露凝控制器及電加熱器，可供用戶選取。

　　總之，以上10點(diǎn)是我公司生產(chǎn)的10kV20000kW軟起動(dòng)器的技術(shù)上亮點(diǎn)，再有近10年的軟起動(dòng)器生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的成熟條件。所以說(shuō)和平軟起動(dòng)器已經(jīng)達(dá)到“國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，與國(guó)外一流并進(jìn)”語(yǔ)不過(guò)言吧！

　　9保護(hù)功能齊全

　　10性能及參數(shù)

　　1）控制模式：突跳起動(dòng)、電壓斜坡、恒流、轉(zhuǎn)速控制（選配）。

　　2）起動(dòng)方式：軟起、直起、軟停、自由停止。

　　3）操作方式：本柜、外控、通訊遙控（選配）。

　　4）通訊方式：RS-485接口，Modbus協(xié)議或其他（選配）。

　　5）模擬輸出：電機(jī)工作電流，信號(hào)為0-10V或4-20mA。

　　6）初始電壓：10%~50%Un(可擴(kuò)展為5%~80%Un)。

　　7）限流倍數(shù)：100%~400%In(可擴(kuò)展到400%In)。

　　8）起動(dòng)、停止時(shí)間1~30S（可擴(kuò)展到90S）。

　　9）起動(dòng)突跳：電流，70%-700%In（突跳時(shí)間0~10S時(shí)）。

　　10）參數(shù)設(shè)置：1—控制面板按鍵，2—后臺(tái)通訊設(shè)置。

　　11）液晶顯示：工作電流、起動(dòng)次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間及故障信息等參數(shù)，默認(rèn)語(yǔ)言：中文、英文、德、法、西班牙。

　　12）噪音：<80db

　　13）連續(xù)起動(dòng)間隔：在環(huán)境溫度大于40℃，起動(dòng)電流大于400%In時(shí)，間隔不小于30分鐘。當(dāng)溫度較低和軟起動(dòng)電流相對(duì)較小時(shí)，可適當(dāng)減小間隔，但至少為15分鐘。

　　14）冷卻方式：自然冷卻。

　　15）操作電源：AC220V/50Hz600VA（特殊要求需另提出）。

　　16）主回路工頻耐壓：42kV/1分鐘。

　　17）保護(hù)模式：復(fù)合。

　　18）防護(hù)等級(jí)：IP42（有特殊要求時(shí)可選IP45）。

　　結(jié)束語(yǔ)：

　　通過(guò)本文10節(jié)的介紹，已將有關(guān)高壓大功率軟起動(dòng)器從原理、構(gòu)成、特點(diǎn)、使用各方面進(jìn)行論述，從文中可得知較為全面系統(tǒng)的技術(shù)知識(shí)和內(nèi)情了解，為廣大讀者和業(yè)界人士踏進(jìn)這個(gè)領(lǐng)域作個(gè)指引。

　　作者：張選正——高級(jí)技術(shù)顧問(wèn)索肯和平（上海）電氣有限公司研發(fā)所

　　上海市寶山區(qū)滬太路8017號(hào)201908電話：15021206386