软启动技术在城市轨道交通中的应用与思考

　　[摘 要]软启动技术已广泛应用于石油化工、矿山机械、钢铁及鼓风机制造等行业。城市轨道交通电气设备引入了软启动技术，通过软启动技术大大降低了大功率电机启动过程中对电网的冲击，也减小了对电网中其他用电设备的影响。下文通过一次改造实例来介绍软启动技术在城市轨道交通中的应用，并提出在技术引进、应用中应注意到的问题。
　　[关键词]城市城市轨道交通；软启动；电机；改造；电流
　　中图分类号：S733 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0045-01
　　1 背景
　　某城市轨道交通枢纽中某台泵的电机，额定电压为400V，额定功率114kW，额定电流为250A。目前采用自耦变压器方式启动，。启动电流为1020A，约为额定电流的4倍，在自耦变压器降压启动转为全压启动时，会产生一次突跳，电流为900A，约为额定电流的3倍多。
　　采用自耦变压器降压启动方式的电机，在整个启动过程中，电网电流会产生两次瞬变，对电网及电机本身产生两次冲击，这样既增加了电网的负载，降低了电能质量，又缩短了电机的使用寿命。同时，二十多年来随着城市轨道交通发展，该市轨道交通枢纽用电负荷大大增加，该电机启动产生电压和电流的瞬变引起的电网波动、电压下降的后果更加明显，极大影响了该轨道交通枢纽其它用电设备的正常运行。因此，需要对其启动方式加以改进，从而达到供电电网安全运行的目的。
　　2 软启动技术
　　软启动器是一种电子控制电路，它的本质是一组串接于电源与电机之间的三相反并联晶闸管。它通过某种方法来控制三相反向并联晶闸管的导通角，使电机的输入电压按照预定的目标进行变化，从而实现电机转速的变化[1]。
　　现在的软启动器，一般是由单片机及相应的数字电路组成，它通过控制晶闸管触发脉冲的迟早来改变触发角的大小，从而改变晶闸管的导通时间，最终改变加到电动机三相绕组的电压大小。晶闸管的导通角越大，晶闸管的输出电压也越大加，电动机转速也逐步升高，直到晶闸管全导通，从而实现电动机的无级平滑启动[2]。
　　软启动器具有多种启动方式，比如软启动、电流限幅启动、全压启动、软启动方式下的脉冲突跳启动、预置慢速启动、线性加速启动和停止、双谐波启动等。软启动器具有如下优点：它使电机控制更加灵活且使用范围也十分广泛，同时它集各种保护于一体，具有完善的保护功能，省去外部的保护电路及器件，节约了成本，而且其保护功能均采用程序控制，提高了运行的可靠性，维护也相对简单；减少启动过程引起的电网电压降，使之不影响同一供电电网中其它电气设备的正常运行；采用LCD显示，使操作更加直观、简便，参数设置也十分简单；由于其体积小，节省了空间，安装较为简单；装置外包装坚固，具有良好的绝缘，安全耐用；能够与计算机进行通讯，能够实现远程控制，对软启动器操作更为简便[3]。
　　3 技术改造
　　3.1 图纸设计
　　根据泵电机控制原理图及软启动器原理图，我们自行设计了改造后的控制原理图，拆除了自耦变压器启动装置、热继电器、部分控制继电器，在电机启动前根据电机额定值对软启动器设置相应的参数，其降压启动、电机保护功能均由软启动器实现。如图1所示。
　　3.2 安装调试
　　控制回路按照图1改造完毕，软启动器设定按照电机的额定电流、电压进行设定，电机保护取1.1倍额定值，启动力矩采用软启动器最低允许值。经通电试验，软启动器工作正常，电机启动平稳。
　　3.3 效果分析
　　采用软启动器启动电机时，启动电流为750A左右，大约为额定电流的3倍，相对于以前的自耦变压器启动方式，启动电流降低了300A，而且启动过程中对电网只有一次冲击，效果十分明显。
　　考虑到交通枢纽在城市轨道交通运营中的重要性，以及供電电网电能质量直接影响着电网中电气设备的安全和正常运行，所以城市轨道交通枢纽对电能的质量要求更加苛刻。通过某市轨道交通枢纽中某台泵的电机启动方式改造前后电能质量的比较可以看出，相对于原来的自耦变压器式启动，采用软启动器能够平滑地启动电机，大大减小了电机启动时电流和电压瞬变对整个电网的冲击和影响，也减小了对电网中其它用电设备的影响，延长了电机的使用寿命，减少不必要的经济损失。
　　4 问题与思考
　　4.1 工作难点
　　整个改造过程中的难点在于对软启动器工作原理的理解，从而在控制回路改造设计中实现电机所有的功能要求。这就需要完全理解原来设计图纸中电机的工作原理、所有联锁和信号输入输出，再根据软启动器的工作原理和要求对设计回路进行改造，满足电机运行方式的所有要求。
　　4.2 零序保护
　　软启动器具有零序保护功能，通过接收外部测量的二次零序电流，根据设定值的大小，判断发出零序保护动作信号。此次选用的软启动器一次零序电流工作范围为0～10A，厂家配套零序互感器变比为100A/1A。
　　考虑到零序保护装置在使用过程中所起到的保护作用，我们对其原有零序保护装置进行了测试。零序保护装置采用了一个1000A/1A的零序互感器，输出的二次零序电流通过一个100mA的漏电保护器实现动作跳闸，这样计算可知其一次零序动作电流设定为100A。查询其他型号软启动器资料，软启动器零序电流工作范围都在10A以内，而且以往陆地电网不接地系统的零序电流一般也不会超过10A，为什么该电网零序电流会达到100A呢？在这种情况下如何使用软启动器的零序保护功能呢？
　　通过分析认为，由于该市轨道交通枢纽供电电网设计较早，是400V完全不接地系统，其单相接地时出现的不平衡电流会达到上百安培。而陆地其他电网的不接地系统一般都设计经消弧线圈接地，这样大大限制了单相接地时产生的电流，一般都在10A以内。软启动器零序电流工作范围和标配的零序互感器就是按照最大10A设计的。如果采用厂家标配互感器，尚未达到零序电流整定值时软启动器零序保护就会动作，这样就会造成电机误动作。
　　针对这种特殊情况，我们在改造中仍选用了原来零序保护装置，即1000A/1A零序互感器及100mA漏电保护器。如果想通过软启动器实现零序保护，必须采用原1000A/1A零序互感器，将二次零序电流输入到软启动器，而软启动器内部设定时必须将零序互感器变比设为100A/1A，动作值设为10A，这样才能保证零序保护正常实现，但这样就会给不了解改造过程的人造成零序电流为10A的错误认识。因此我们没有采用厂家标配的零序互感器，还是建议采用了原来的零序保护装置。
　　4.3 技术服务
　　以往的技术改造往往完全由厂家负责设计及调试，设定值也由厂家给定。此次改造则是由我们自己承担设计及安装调试，厂家配合。在各种保护功能设定中，厂家只是按照以往陆地经验值进行设定，对具体电网供电性能的理解可能有所差异。因此，对于今后技术改造中厂家提供的技术数据、配套产品等应充分了解其适用范围，而不能盲目的听信，一定要结合实际情况有选择性地采纳。
　　5 结束语
　　软启动器技术应用已经十分广泛，但是在技术应用中应结合实际进行消化吸收，尤其是改造项目中要充分理解原来的设计思路，充分了解电力系统，不盲目采用厂家提供的标配产品，这样才能保障技术改造后设备的正常运行及保护。
　　参考文献
　　[1] 电动机软启动技术及应用.

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