部分软起动方式技术比较

1 概述
降压起动是利用起动设备将电源电压适当降低后加到电机（笼型）的定子绕组上进行起动，待电机起动运转后，再使其电压恢复到额定值正常运行。但是，由于电机转矩与电压的平方成正比，降压起动使电机的起动转矩大为降低，电机需要在空载或轻载下起动。同时，电机在端电压降至正常值的65%甚至更低的电压下时，相应起动时间过长，并且电机在通过开关短接或切除起动设备加入全压时，电压的突变会产生电流的跃变，即大电流二次冲击！这是降压起动的缺点，也是我们进行技改的原因之一。
软起动的实质也是降压起动（变频例外），把原不可变的阻抗改为可控。简单来说通过平滑改变串接阻抗（电阻）值，使电机端电压平滑改变实现电机平滑起动，进一步减小起动电流对设备的冲击，基本消除电流的跃变，使电机起动特性软化，保护电机、机械设备。
目前我院221气源站工况是在轻载下降压起动，起动后全压运行，运行中无需进行调速。
2 目前起动方式存在的问题
常见的降压起动方式有Y-△、电阻、电抗器、自耦变压器等，运用在不同年代的技术水平，具有 各自的优缺点，都能达到降低起动电流的目的。目前221气源站2500kW电机采用定子绕组串接电抗器降压起动，起动电流4Ie（起动电流1150A），起动时间t=18s，起动电流还是较大，对电动机本身、电网、机械设备的可靠运行都有一定的影响，主要表现在以下几个方面。
2.1 221气源站2500kW电机均已使用近30年，电机整体绝缘水平下降，过高的起动电流使电机温升较大，加速电机的老化，增加出现电机本体故障的可能性。近几年来，我单位陆续出现多起电机定子绕组端部短路事故，均在起动时发生。
2.2 串接电抗器降压起动，起动时系统功率因素低，母线的压降还是较大，容易对电网内其它设备的运行产生影响，可能使其它设备失步跳闸。我院属专线供电，此现象暂时影响还不大。
2.3 可能易烧轴瓦。表面上看，电机起动与压缩机烧轴瓦风马牛不相及，但事实上两者之间有联系。221气源站压缩机轴承采用动压轴承，该轴承的润滑由自身旋转而产生的油膜实现，一般需要一定的时间才能形成完好的润滑油膜。电机起动时，起动电流大，相应起动时间也快，如果在轴承还未来的及形成润滑油膜时已高速旋转起来，这种情况非常容易使轴承拉瓦。
为了较好的解决上述问题，我们引入软起动装置，采用软起动对221气源站6台2500kW电机技术改造。当前我们了解的高压软起动方式主要有变频软起动、串接可变电阻（热变电阻、液体电阻）及串接可调电抗器（磁控）等。
3 变频、电阻类、电抗器类软起动简介及比较
3.1 高压变频软起动
高压变频起动、调速原理其实早就发展成熟了，但由于受制造瓶颈的限制，近二十年才逐渐得到了应用，可实现软起动、调速。高压变频代表着大型电动机软起动技术的发展方向，近年来取得了很大成就，相对磁控软起动、热变电阻等起动方案而言，具有明显的技术进步性，这一点不可置疑。
3.2 高压电阻类软起动
最早的降压起动采用固体电阻，由于固体电阻不可避免的缺陷（热容特性低等），高压动力设备的降压起动采用较少。随着技术水平的发展，具有频敏特性的固态电阻在低压、高压动力设备上得到了应用，80年代初期出现了液态电阻、热变电阻应用于高压动力设备，液态形式的电阻具有较高的热容特性。
液态软起动装置通过电流闭环自动控制单元控制传动机构，电机拖曳极板改变极间电阻值实现软起动；热变电阻起动装置利用具有负温度特性的电解液体，在温度变化下改变电阻值实现软起动。液态软起动装置有良好的控制功能，与磁控软起动控制功能接近，缺点是控制、传动机构复杂，故障点多，液阻需定期检验，一次、二次电源交错，绝缘性能要求较高。热变电阻与液态电阻相比，结构简单，起动特性较好（厂家提供特性曲线比较），维护量小，长期安全可靠，适用电机容量大。鉴于此，下面该类仅以热变电阻起动装置为例。
3.3 高压电抗器类软起动
在较早的高压降压起动中，我国采用电抗器降压起动居多，传统的电抗器存在阻抗不可调，起动特性不好，功率因素低等缺点，目前国内已很少使用。磁控正是在以上的基础上进行改良，通过在电抗器中加入控制绕组，利用电、磁控制技术，外部自动控制单元调整控制绕组中电流的大小，控制磁导率来调节电压的手段，改变励磁实现电动机软起动。起动过程中，电抗器两端的电压（电流）根据起动电流自动调整，由大变小无级变化，使电动机端电压平滑上升值额定值。磁控理论上可以调速，但是实际应用反映在起动过程上，当达到最优化起动后，起动电流是不进行调整的。
3.4 三类软起动特点比较
3.4.1技术性比较
单从技术上来说，高压变频具有不可比拟的优势，起动特性好，可连续起动多次，起动电流可控制在额定电流以下，起动时电网功率因素高（0.9～0.95），电网压降小，同时还可进行调速，减小动力设备功率消耗，节约电能。缺点是产生高磁谐波，污染电网，影响系统内其它设备的用电质量，要解决谐波污染，还得追加设备投资。
采用电抗器类（磁控）软起动，特点是控制较灵活，起动电流的设置较方便。缺点是本来电机起动时的功率因素就低，因串接电抗器而变得更低，因此对电力系统没有太多的好处，母线压降大，同时有一定的谐波污染。
高压热变电阻器软起动对电机、机械设备冲击小。与电抗器比较，性能相对要好，起动时功率因素较高（0.7）以上，起动电网压降小，无谐波污染，通过更换电解液即可延长使用寿命。缺点是阻值会微弱的受到温度的影响。
具体比较见表1。

表1：变频软起动、高压热变电阻器软起动、磁控软起动性能对比表

备注：1、此表数据参考襄樊大力、美国罗宾康公司、武汉科锐尔及部分其它资料。
2、有“*”标记表示还需确定。
3.4.2经济性比较
从实用性经济角度来说，高压变频起动属于一种过于奢侈的技术方案，虽然变频起动可以将起动电流降到额定电流以下，但是对于不是特别频繁起动又不需要调速的大型动力设备来说，仅仅为了起动而进行巨额投资，太不经济。
高压热变电阻器软起动、磁控软起动价格是高压变频起动的1/8～1/10，对于我院来说，采用两者之一可节省投资数百万元。
3.4.3可靠性比较
当设备工况要求较低，几种设备均满足工况要求时，除去价格因素，可靠性就显得相对重要，选择质量差、可靠度低的设备，必定会对我院今后的科研生产产生消极影响。
我们知道，不考虑产品质量等其他因素的影响，单从技术角度看，结构简单、使用简便、操作方便的设备，故障状态下更易维护，高压热变电阻器软起动装置与变频、磁控软起动相比，结构简单，旁路系统少，从可靠性讲，应具有一定的优势，但它毕竟是一个新生产品（如同磁控），可不可靠，还应从用户角度进行了解。
高压变频软起动技术含量高，设备复杂，技术难度较大，使用维护及故障处理等对技术人员的技术素质要求高。发生故障，解决问题的技术难度较高，事故处理周期较长。
磁控软起动最大的优势是外接电路发生故障，还可作为普通电抗器适用，这是作为故障情况下的考虑。
结束语
选择起动方式，在现有的技术水平下，原则是既保护电机，延长电机使用寿命，又要保护电网和机械设备，同时降低设备维护和管理工作量，保证选择设备的可靠性。
对于一个产品的选择，应是一个系统工程，要结合各种因素进行，既要考虑设备的先进性，也要兼顾价格因素；既要考虑价格，也要兼顾产品质量。
同样，大电机的起动方式与设备管理息息相关，电机起动方式选择不当，对电力系统、电机本体、甚至对机械设备都会产生消极影响，增大以后设备的管理难度、维护难度。
本文力求严谨，但作者受技术水平局限，同时受视野面的限制，此文可能一些论点偏颇甚至错误，敬祈指正。