[摘要] 本文介紹了開(kāi)關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)器在濟(jì)鋼1700熱連軋廠高壓水除磷系統(tǒng)上的應(yīng)用，分析了開(kāi)關(guān)變壓器式軟起動(dòng)器的工作原理和特點(diǎn)。該系統(tǒng)很好地解決了高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)方面的難題，應(yīng)用效果良好，值得推廣。 [關(guān)鍵詞] 軟起動(dòng)器；開(kāi)關(guān)變壓器；可控硅；高壓電動(dòng)機(jī) 0.概述 濟(jì)鋼熱連軋廠于2005年12月正式建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能220萬(wàn)噸，建廠第一年就順利完成產(chǎn)量225萬(wàn)噸。為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，拓展和開(kāi)發(fā)高附加值產(chǎn)品，于2007年10月計(jì)劃并實(shí)施了高壓水除磷系統(tǒng)改造項(xiàng)目工程。改造項(xiàng)目在原有高壓水除磷泵站（三臺(tái)除磷水泵）的基礎(chǔ)上，新增三臺(tái)大功率除磷水泵，組成精軋除磷泵站。在與該項(xiàng)目配套實(shí)施的電氣系統(tǒng)改造項(xiàng)目中，為解決原有水電阻式軟起動(dòng)器存在的起動(dòng)困難，維護(hù)量大的難題，決定選用哈爾濱帕特爾公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)器作為高壓電機(jī)軟起動(dòng)裝置，共引進(jìn)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(dòng)過(guò)程 電機(jī)軟起動(dòng)系統(tǒng)由三部分組成:高壓電動(dòng)機(jī)、高壓開(kāi)關(guān)柜和軟起動(dòng)裝置。高壓電動(dòng)機(jī)額定電壓10kV，額定功率2800kW。高壓開(kāi)關(guān)柜有三種：運(yùn)行柜、隔離柜和起動(dòng)柜。其中一拖二裝置2臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用1臺(tái)起動(dòng)柜。軟起動(dòng)裝置由開(kāi)關(guān)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(jiǎn)圖如圖1所示（以一拖一系統(tǒng)為例）。 以一拖一為例，軟起動(dòng)器起動(dòng)過(guò)程有四步： （1） 控制柜上電，PLC檢測(cè)各開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，如果檢測(cè)到1QF手車(chē)位置點(diǎn)、2QF手車(chē)位置點(diǎn)、3QF手車(chē)位置點(diǎn)閉合，1QF輔助觸點(diǎn)打開(kāi)，2QF輔助觸點(diǎn)打開(kāi)，3QF輔助觸點(diǎn)閉合，此時(shí)發(fā)出允許信號(hào)，“允許”指示燈亮。 （2） 當(dāng)操作者看到“允許” 指示燈亮?xí)r，可以按起動(dòng)按鈕，這時(shí)2QF合閘，電機(jī)軟起動(dòng)開(kāi)始。 （3） 當(dāng)PLC檢測(cè)電流下降到程序預(yù)設(shè)值時(shí)或時(shí)間到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，發(fā)出合運(yùn)行柜信號(hào)，使運(yùn)行柜1QF合閘，電機(jī)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，延時(shí)1秒發(fā)出跳起動(dòng)柜、隔離柜信號(hào)，使起動(dòng)柜、隔離柜跳閘，使開(kāi)關(guān)變壓器從電網(wǎng)脫離，電機(jī)軟起動(dòng)結(jié)束。允許信號(hào)消失，允許指示燈熄滅。 （4） 在電機(jī)軟起動(dòng)過(guò)程中，如有軟起故障發(fā)生，則發(fā)出故障信號(hào)，將起動(dòng)柜2QF 跳閘，軟起動(dòng)停止；如在起動(dòng)過(guò)程中有緊急情況發(fā)生，則按下急停按鈕，即可停止整機(jī)工作。 1.2控制系統(tǒng) PLC是軟起動(dòng)裝置的核心控制組件，選用西門(mén)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(kāi)關(guān)量輸入和10路開(kāi)關(guān)量輸出。它檢測(cè)外部連鎖輸入條件：隔離柜斷路器輔助觸點(diǎn)、運(yùn)行柜斷路器輔助觸點(diǎn)、起動(dòng)柜手車(chē)位置點(diǎn)等以及觸發(fā)單元故障和開(kāi)關(guān)變壓器瓦斯故障等報(bào)警信息，根據(jù)程序進(jìn)行判斷并給出相應(yīng)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(duì)電網(wǎng)電壓的檢測(cè)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(duì)電機(jī)電流的采樣檢測(cè)工作。 [align=center] 圖3.電流斜坡式 [/align] 軟起動(dòng)的起動(dòng)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(dòng)中不同時(shí)段的電流設(shè)定值由程序給定，這里的電流設(shè)定值可以根據(jù)負(fù)載類型的不同自由設(shè)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(dǎo)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(kāi)關(guān)變壓器軟起動(dòng)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(gè)開(kāi)關(guān)的作用，利用變壓器次級(jí)短路和開(kāi)路的性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器的開(kāi)關(guān)作用。變壓器主電路接法也不同于常規(guī)變壓器應(yīng)用電路，它把可控硅放在開(kāi)關(guān)變壓器的低壓側(cè)，高壓側(cè)繞組的末端接被控負(fù)荷（電動(dòng)機(jī)），開(kāi)關(guān)變壓器是個(gè)中間控制設(shè)備。 當(dāng)加上電壓時(shí)（SCR未通），開(kāi)關(guān)變壓器TK原邊和電機(jī)D上得到電壓，由于TK的空載電流遠(yuǎn)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(shí)TK副邊也得到電壓，波形為正弦波。 當(dāng)SCR控制極加上觸發(fā)電壓時(shí)，SCR導(dǎo)通，在α角處導(dǎo)通，則u2立即降低，u2電壓如圖實(shí)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(dāng)改變控制角α?xí)r（比如前移），則u2變小，u1變??；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(dòng)。 3.系統(tǒng)特點(diǎn) 1、輸出電壓平滑調(diào)節(jié)、無(wú)機(jī)械沖擊，有利于提高機(jī)械設(shè)備壽命 軟起動(dòng)過(guò)程是隨著電機(jī)的端電壓的逐步升高，電機(jī)電流由小到大逐步變大，能在小電流以內(nèi)給電機(jī)以充分的加速，再逐步的加大電機(jī)的電流，使之接近同步轉(zhuǎn)速。由于有預(yù)加速作用，因此能最大限度的減小起動(dòng)電流，使之對(duì)電網(wǎng)的沖擊最小，對(duì)電機(jī)及機(jī)械的傷害最小。輕載（<20%）軟起動(dòng)時(shí)，最大起動(dòng)電流在3Ie以內(nèi)。 2、節(jié)能，自身溫升很小，可以連續(xù)起動(dòng) 2、節(jié)能，自身溫升很小，可以連續(xù)起動(dòng) 在主回路中，開(kāi)關(guān)變壓器受可控硅SCR的控制，執(zhí)行的是開(kāi)關(guān)作用。當(dāng)SCR截止時(shí)，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(shí)TK只有鐵損，無(wú)銅損；當(dāng)SCR導(dǎo)通時(shí)，TK原邊電壓為零（很小，可忽略），只有銅損，無(wú)鐵損。因此在起動(dòng)過(guò)程中，TK損耗很小，溫升小，對(duì)于一拖多裝置來(lái)說(shuō)可以連續(xù)起動(dòng)。 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(duì)電網(wǎng)及用戶都是非常有害的，它會(huì)使用電設(shè)備發(fā)熱直至損壞；會(huì)使電容電感產(chǎn)生諧振，引起事故；會(huì)干擾繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的正常工作，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。與高壓變頻裝置相比，開(kāi)關(guān)變壓器式起動(dòng)裝置的高次諧波產(chǎn)生在開(kāi)關(guān)變壓器的低壓側(cè)，傳遞到電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)上時(shí)要經(jīng)過(guò)TK的漏抗，這就相當(dāng)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(cè)試中，總諧波畸變率為2.72%。另外，開(kāi)關(guān)變壓器式軟起動(dòng)器可以靈活的調(diào)整起動(dòng)電流曲線，最大限度的減小起動(dòng)電流最大值，進(jìn)而減小電網(wǎng)電壓波動(dòng)，做到不影響其他設(shè)備的運(yùn)行，可以與其他設(shè)備共用電網(wǎng)。 4、完善的自診斷保護(hù)功能 PLC控制系統(tǒng)可以對(duì)包括自身模塊在內(nèi)的系統(tǒng)狀況進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，則發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。通過(guò)查看報(bào)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(bào)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(guò)高故障和變壓器瓦斯故障等。 4.應(yīng)用效果 在實(shí)際生產(chǎn)中，開(kāi)關(guān)變壓器式軟起動(dòng)器工作情況良好，其中一拖二裝置可以連續(xù)起動(dòng)，可控硅裝置無(wú)明顯溫升，很好的滿足了實(shí)際生產(chǎn)需要，并且軟起動(dòng)器本身的維護(hù)量非常小。在起動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)電流控制非常精確，最大的起動(dòng)電流控制在3Ie以下，每次起動(dòng)電流值控制基本一致。電壓總諧波畸變很小，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)沒(méi)有有害影響。 5.結(jié)束語(yǔ) 開(kāi)關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)器在除磷水泵上的應(yīng)用效果良好，與目前采用的其他軟起動(dòng)方法相比，具有性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，值得進(jìn)一步推廣。