水阻柜改造为高压晶闸管软启动方案

水阻柜是近年来运用比较广泛的电机启动设备，但也有其优点和缺点。下面是武钢炼铁厂将水阻柜改造为高压晶闸管软启动方案的详细介绍。

一、概述

武钢炼铁厂高炉除尘系统主抽风机电机（1250KW），原先采用水阻柜方式启动。由于受技术条件的限制，存在以下弊端：（1）每次启动完在进行电源切换时，电机电流会产生阶跃上升跳变，对设备产生有害的二次冲击。（2）由于液态介质电解液受环境温度的影响，导致液态电阻值发生变化，加之电解液的挥发，影响电机的启动特性，使同一台电机的启动过程无重复性。故需经常检查和调节电解液的浓度或补充电解液，以期液态电阻值保持正常，维护工作量大。（3）原装置使用年久、设备陈旧、技术落后。为此，决定拆除旧的水阻柜，采用技术性能先进、安全可靠的高压晶闸管软启动技术。

二、高压晶闸管软启动系统

高压晶闸管软启动系统原理示意图见下图。主要包括高压大功率晶闸管阀组、高压真空接触器QM、DSP（数字信号处理器）+CPLD控制系统（复杂可编程逻辑器件）、电流互感器、电压互感器、过压保护器、远程控制操作台。

（1）选用高压大功率晶闸管阀组作为功率部件，一对反并联晶闸管组合成一个晶闸管组件，每相晶闸管阀组由六个晶闸管组件串联组成（含热备用一组），自然空气冷却。触发系统采用国外先进的光电触发技术，触发信号及元件的检测信号由光纤传送，光纤传送脉冲实现了高低压隔离，阻断了高压回路对控制回路的干扰通道，保证了控制检测信号的可靠性。设有晶闸管状态实时监控保护措施，任意一个晶闸管发生故障，控制系统都能发出报警、显示故障类别，并快速封锁脉冲保护其他元件。该装置采用了交流技术国家工程研究中心的最新技术，即在晶闸管组件上做一组热备用，即便某一组晶闸管出现了故障，热备用阻投运，系统仍然可以完成电机的正常启动，带电源旁路后，再将装置离线检查和更换故障晶闸管，这项技术极大地提高了装置的可靠性，保证了武钢4号高炉除尘系统的可靠工作。

（2）高压真空接触器QM为电源旁路接触器，当软启动过程结束后，QM闭合，使电机直接挂在10KV工频电源上，电机进入正常的工艺运行；同时将晶闸管阀组旁路，晶闸管阀组退出运行，以备下一个启动周期。

（3）DSP为16为数字信号处理器，指令流水线操作，响应速度快；采用薄膜操作面板和大屏幕中英文液晶显示器，所以人机界面直观而良好，操作简单易懂。在软启动工程中，DSP控制板根据设定启动方式（主要有斜坡启动方式、恒流启动方式、转矩突跳启动方式）、启动电流以及采集到的实际电机电流来改变晶闸管的触发角，各相晶闸管顺序导通，并按一定规律移相改变电机的输入电压，限制电机的启动电流，平稳启动电机，当软启动装置输出电压和电机转速升至（接近)额定值时，控制系统发出电源切换指令，电机由软启动装置供电切换成工频电压供电。

（4）与水阻柜相比，电源切换过程没有二次冲击。环境温度变化不会影响装置的启动性能，维护工作量小。除此之外，高压晶闸管软启动柜还具有软停车功能，可以运用在泵系统，已消除水锤现象造成设备（如阀门）的损坏。

（5）电流互感器在启动过程中，为高压晶闸管软启动装置采集和提供电机的电流信号。电压互感器提供电源的电压信号。过压保护器提供对电机的过压保护，防止突然跳闸时的过电压对电机绝缘的损坏。远程控制操作台实现远程监控。

（6）高压晶闸管软启动系统还对电机工作状态进行实时监控，为电机提供各种实时快速保护功能。系统的主要性能指标如表1所示。

三 运行效果

除尘系统主抽风机电机主要参数为：额定电压10kV，50Hz，额定电流88A，额定功率1250kW，额定转速989r/min。高压晶闸管软启动系统投运时，对系统启动过程的性能指标和保护功能进行了全面测试。

1.启动过程测试

电机恒流启动，电流值设定为3.8倍额定电流。给启动指令后，除尘风机平稳启动，没有冲击与噪声，测得电机启动电流实际值与给定值相符，启动时间为26s左右。实测启动过程中电机端电压与电流（有效值）波形如图2所示，其中1、2通道为A、C相电流，3通道为电压。由波形图可清楚看出，启动过程分为三个阶段：启动初期的电压快速上升阶段、恒流加速阶段、转速接近额定转速时的电压快速上升阶段。这与异步电机转矩转速特性完全相符，因为刚启动时，电机转速很低，转差大，转子有功反电势微小，电机输入电压主要降于定子与转子漏抗，为在定子回路建立规定的恒流，输入电压需要快速上升到一定数值；在恒流加速阶段，电机转速增加，转差逐渐减小，有功电势增大，为保持恒流，电机输入电压随转速的增加而缓慢上升；接近额定转速时，电机转速已越过了颠覆转矩速度，电流迅速下降，于是电机电压很快上升到满电压，此时将旁路接触器QM闭合，使电机直接挂入10kV电网运行。

2.保护功能测试

软启动系统的保护包括电机保护和软启动装置自身保护，对每个保护功能逐一进行了测试，结果表明各项技术指标良好，能够很好地在整个启动过程中保护电机。

四、结语

高压晶闸管软启动作为武钢第一台固态晶闸管高压软启动系统，自安装投运以来，除尘风机机组启动平稳，除尘系统运行正常，同时克服了以往应用水阻柜的缺点，大大较小了维护工作量，保证了武钢4号高炉除尘系统的可靠工作，技术改造效果明显。