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液態(tài)軟起動技術(shù)

摘要:本文介紹了GZYQ型高壓電動機液態(tài)軟起動裝置的系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理及其性能特點,并對該技術(shù)在離心式空壓機組上的應(yīng)用做了小結(jié)。

關(guān)鍵詞:高壓異步電動機軟起動液態(tài)變阻

1前言

大功率離心式空壓機組一般為直接啟動方式,啟動時對其他用電設(shè)備會產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。我公司機組是由無錫阿特拉斯提供的ZH10000-6離心式空氣壓縮機,驅(qū)動電機是西門子的1LA45002FD80-Z型高壓異步電動機,功率為1120kW,轉(zhuǎn)速為2987轉(zhuǎn)/分,額定電壓10KV,通過高速齒輪變速箱將轉(zhuǎn)速從2987轉(zhuǎn)/分提高到11750轉(zhuǎn)/分和17202轉(zhuǎn)/分,時間僅用8秒到12秒左右。在這樣短的時間內(nèi)把轉(zhuǎn)速提高到高速軸的額定值,常會對齒輪箱產(chǎn)生較大的沖擊而損壞齒輪。一旦出現(xiàn)重大損壞,其直接的維護(hù)更新費用就接近20萬,損失巨大;同時直接啟動時會造成電網(wǎng)電壓壓降高達(dá)15-18%,使其他用電負(fù)載無法正常運行。

因離心空壓機組對電機起動轉(zhuǎn)矩的要求不是很高,如果能降低起動轉(zhuǎn)矩,適當(dāng)延長電動機起動時間,可大大減輕電機起動對齒輪的沖擊,改善高速齒輪箱的運行狀態(tài),從而達(dá)到降低離心機組故障率的目的,對該設(shè)備的正常運行意義巨大。為此,我們曾考慮選用變頻器,但1120kW高壓變頻器調(diào)速設(shè)備費用非常高,如果僅僅是為了改善電機起動性能,其性價比明顯不合理。

經(jīng)過廣泛的咨詢調(diào)研和現(xiàn)場考查,我們了解到目前國內(nèi)已出現(xiàn)利用液態(tài)電阻原理配以新技術(shù)、新材料組成的電液變阻起動器。該技術(shù)產(chǎn)品已應(yīng)用在10MW高壓交流電動機的起動控制上,可使電機最大起動時間控制延長至60秒甚至更長(而且可以現(xiàn)場調(diào)整)。而且,整套裝置的設(shè)備購置費用根據(jù)電機功率配置只需6~8萬元左右,這為提高大型電動機的起動性能提供了一種較為經(jīng)濟可行的啟動方案,并且該裝置在工作時不會產(chǎn)生諧波。

2液態(tài)軟起動裝置的系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理、性能特點

2.1系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

電液起動器的系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理相對比較簡單,以GZYQ型液態(tài)軟起動裝置為例,其構(gòu)成原理圖一所示,在定子回路中串入電液變阻起動器的三相電阻,其中QS隔離開關(guān),QF1為主機運行斷路器,QF2為電機起動斷路器,RS為電液變阻起動器。電液變阻器由三個相互絕緣的環(huán)氧樹脂電液箱構(gòu)成,內(nèi)部分別有濃度可調(diào)的電液,和一組相對應(yīng)電極液,一動一定,動極板通過傳動機構(gòu)及伺服控制系統(tǒng)控制運行。動極板傳動機構(gòu)裝有行星磨擦式機械無給變速器,可以很方便地調(diào)節(jié)動極板移動速度,這樣就能控制液阻無級切除的時間,達(dá)到調(diào)節(jié)電機起動力矩和起動時間的目的。整個起動過程控制在較小起動電流下均勻升速,從而實現(xiàn)電動機的軟起動。

圖一原理圖

2.2液態(tài)電阻對起動力矩的控制

電動機起動時,Rs(液態(tài)軟起動裝置的阻值)隨起時間的增加而減小,由此可將施加于被控電機的端電壓隨時間斜率式增加,(即通常所謂的“軟起動”方式)顯然,與串接固定電阻或電抗器起動方式相比,液體電阻更能改善被控電機的機械特性。

對于離心空壓機組,最重要的是減小起動力矩對機組增速箱的沖擊,增加升速時間并使之無極平滑升速。由電動機拖動理論可知,起動轉(zhuǎn)矩和起動電流的關(guān)系為:Mq=I2。故只要知道機組最大靜阻力矩與電動機直接起動的額定轉(zhuǎn)矩之間的比值,就可以確定該電機的最小起動電流和起動力矩。要保證起動過程的平滑加速,這就需要起動設(shè)備有很好的平滑可調(diào)性,使整個起動過程中起動轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相適應(yīng),在恒加速情況下可最大限度地減小起動過程對機組的沖擊。液態(tài)軟起動良好的可調(diào)性正好能滿足這一點。

2.3液態(tài)軟起動裝置性能特點

對于相同功率的電動機,由于負(fù)載、工藝、參數(shù)、起動次數(shù)及頻繁程度、工作環(huán)境等條件不同,理論上需要配備不同的起動阻抗,才能獲得良好的起動特性。這實際上意味著每臺不同的電機應(yīng)有自己最適宜的起動電阻存在,最好是能使起動以軟起動方式成功完成,又將起動電流控制在最小的范圍以內(nèi),從而降低起動沖擊,保護(hù)被拖動設(shè)備及電網(wǎng)。液態(tài)軟起動裝置根據(jù)其系統(tǒng)構(gòu)成和原理分析,在這方面具有明顯的優(yōu)勢。其次,電液變阻起動器的最大長處就是它的阻值可塑性好,靠改變水中的適宜導(dǎo)電介質(zhì)的濃度來改變本身的電阻率,其可調(diào)整范圍理論上是非常大的。

當(dāng)然,電液變阻起動器應(yīng)用還沒有大面積推廣,在運行維護(hù)方面積累的經(jīng)驗還不夠。其液體電阻在高壓電場的作用下是否會發(fā)生騅以捉摸的變化,如何獲得安全而設(shè)定的阻值,還是一個有相當(dāng)深度的技術(shù)問題,還需要通過理論--實踐-再理論的過程加以完善。

3.利用液態(tài)軟起動工技術(shù)根據(jù)電機拖動理論的計算機仿真

選取用起動設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的改造,能否將起動力矩有效地控制,并使整個起動過程得以勻均加速,最大速度地減輕高速齒輪的機械沖擊,從而保護(hù)機組是成功的關(guān)鍵。因此我們要求生產(chǎn)商根據(jù)所提的電機及負(fù)載參數(shù),運用

圖三

拖動的理論及計算機技術(shù)對起動效果進(jìn)行仿真設(shè)計,依據(jù)仿真情況,我們得到了控制起動的最佳效果曲線。如圖

二、三所示。

圖二為機組起動時電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性曲線圖,較好地保證了起動過程與起動電流變化情況,設(shè)備通過合理的控制液態(tài)電阻的變化調(diào)節(jié)電機的端電壓,使電機轉(zhuǎn)速勻均升高,仿真時間在23S時電機轉(zhuǎn)速達(dá)到同步,電流下降,此時完成了同步電動機的異步起動過程。

被仿真系統(tǒng)為:1#空壓機組,驅(qū)動電機是西門子的1LA45002FD80-Z型高壓異步電動機,電機參數(shù)為:Pn=1120kW,Un=10kV,In=74A,Nn=2987rpm,Mn=3581Nm,直接起動電流Iq≈7Ie=520A。

4液態(tài)軟起動裝置在我公司的應(yīng)用

我公司空壓站站5臺離心式空壓機組的異步電動機原都是采用直接起動方式。因電網(wǎng)容量較小,每次啟動會造成電網(wǎng)壓降過大(15%左右),對其他電器設(shè)備的影響很大。

為解決這一問題,經(jīng)過對各種電動機起動方式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較及仿真模擬,并在深入的市場調(diào)研的基礎(chǔ)上,最后決定采用GZYQ-1500型高壓交流電動機液態(tài)軟起動裝置。

2005年9月,我們應(yīng)用電液變阻器進(jìn)行了1#機起動部分的改造。依據(jù)前面所述的計算機仿真的相關(guān)特征參數(shù)進(jìn)行配置,我們要求廠家調(diào)試人員將電機起動電流限制在2.5Ie(即185A左右),以減小起動對機組的沖擊。

在空載檢驗試驗合格且模擬動作正確后,9月15日,我們會同空壓站技術(shù)人員對該機組進(jìn)行了帶負(fù)荷試驗。這次試驗共開了兩次機。第一次因為上一級斷路器過流保護(hù)整定值時間未調(diào)好(13s),以至于10KV開關(guān)跳閘而保護(hù)停機。此后,將上級斷路器過流保護(hù)整定值時間設(shè)定為22s,在二十分鐘后(等電機繞組溫度降到25.8℃)進(jìn)行了第二次開機,電機成功啟動。下面,是兩次起動的數(shù)據(jù):

起動電流(A)

母線電壓(kV)

起動時間(s)

液阻溫度(℃)

第一次

189

10.05

13

22

第二次

195

10.02

22

35

從數(shù)據(jù)上看,這此啟動的結(jié)果較令人滿意。該機起動電流由原來的520A左右變?yōu)楝F(xiàn)在的200A,起動時間由13s延長到現(xiàn)在的22s,而且升速過程平滑,很接近仿真的效果,故可以認(rèn)為技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期效果。

由兩次起動的數(shù)據(jù)可以看出,液阻溫度在開機時上升明顯,使得第二次起動時初始阻值下降,反映在第二次起動電流的增加和母線電壓的下降很明顯,但起動效果仍在預(yù)定的范圍內(nèi)。前面談到過,對于液體電阻在高壓電場的作用下是否會發(fā)生難以捉摸的變化還需進(jìn)一步積累經(jīng)驗,另外,電阻液的阻值也會隨著溫度的變化而發(fā)生改變,因此,電機連續(xù)起動最好不要超過兩次。目前該產(chǎn)品充分發(fā)揮液阻可調(diào)性這一優(yōu)點,對起動電流實現(xiàn)跟蹤檢測閉環(huán)控制,使得連續(xù)起動性能的穩(wěn)定性得到了有效的控制,實現(xiàn)了恒流軟起動。

5結(jié)束語

液態(tài)軟起動裝置在空壓站離心式空壓機1#機組上的成功應(yīng)用,較經(jīng)濟地解決了該機起動時對齒輪變速箱沖擊過大的問題,使該機實現(xiàn)了軟起動,同時還降低了電動機的起動電流,減少對電網(wǎng)的電壓擾動。我們將加強對它的研究和運行數(shù)據(jù)的積累、分析,特別是要對液態(tài)軟起動裝置在改善高速齒輪箱的運行狀況,減少齒輪箱的損壞的實際效果方面做出客觀的評估,為能否在其他大功率機組上繼續(xù)推廣應(yīng)用提供判斷依據(jù)。

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