催化裂化装置大功率电机的软起动

关键词：电机 软起动 开关变压器 晶闸管

Abstract: This article from the motor soft start talking about the benefits of introducing a soft starter motor and the principle of a higher cost of high-voltage soft starter motor, and details on the installation of a petrochemical company in the catalytic cracking unit electrical blast Soft start in the application.

Key words: Motor Soft-start Transformer Switching Thyristor

1.引言

　　交流异步电机以其优良的性能及无需维护的特点，在各行各业中得到广泛的应用，特别在石油的催化裂化装置中随着装置的增大送风电机的容量也随之增大。然而由于起动时产生较大的冲击电流，同时由于起动应力较大[3]，使电机本身及传动的机械设备承受较大的冲击造成寿命降低。传统的星/角、自藕降压起动方式虽然有助于改善电机的起动性能，但并没有从根本上解决问题.

　　在电力电子技术飞速发展的今天，软起动器得到了广泛的应用。利用晶闸管、单片机技术实现电机软起动和软制动是目前普遍采用的一种较好的方法[2]。国内外也涌现了一大批软起动厂商，比如国外的AB、ABB、西门子，国内的西普等公司，但起动装置在性能及价格上存在较大的差异。本文从电机软起动的好处谈起介绍了一种具有较高性价比的高压电机软起动装置及其在某石化公司催化裂化装置中的应用情况。

2.软起动的好处

　　普通鼠笼式电动机在空载全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的5～7倍。当电动机容量相对较大时，该起动电流将引起电网电压急剧下降，这会破坏同电网其它设备的正常运行，甚至会引起电网失去稳定，造成更大的事故。因此，一般要求经常起动的电动机引起的电压波动不大于10%;偶尔起动的电动机引起的电压波动不大于15%。采用软起动后起动电流可降为额定电流的1.5～3倍，可大大降低电网电压的波动率。电动机直接全压起动时的大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，加大了定子线圈（尤其是端部）与铁芯的磨损，会破坏绕组绝缘;鼠笼条上的冲击力也容易引起断裂，引起电机故障。电动力的大小与电流的平方成正比。电动机直接全压起动时的大电流会使定转子绕组产生大量的焦耳热。烧损绕组绝缘，降低电机寿命。软起动可以大大降低发热量，提高电机寿命。

3.基本原理

　　用晶闸管控制的电机软起动装置是在19世纪出现的。当时美国航天局有一位“弗兰克”的工程师取得了一项专利，叫“功率周波控制器”，利用晶闸管反并联、调节晶闸管的导通角达到交流调压的目的，为解决在空载和轻载时交流异步电动机功率因数过低的问题，此技术得到了应用。后来又引入电流反馈技术，使该项控制水平大幅度提高，得到广泛的采用，美国将采用此技术的装置命名为“节电器”。

3.1相控调压

　　由电机学可知，电机运转转矩有三个：电磁转矩、空载制动转矩和负载制动转矩。其中电磁转矩起拖动电机的作用，它与电机端电压的平方成正比

　　只要能够平滑的调节机端电压就能够达到软起动的目的。经闸管的相空调压电路就可以实现这一功能。

图1 相控软起原理图

　　由电力电子理论有，电机的相电压与电源相电压、触发延时角及功率因数角有关[4]。所以改变触发角度就可以改变电机端电压起到软起动的效果。此时的相电压是非正弦的，上下半周对称[1]。

3.2开关变压器调压原理及特点

　　当前国内外低压电机的软起动器已经较为普遍的应用，对于较大型电力电子装置，当单个电力电子器件的电压或电流定额不能满足要求时，往往需要将电力电子器件串联或并联起来工作[4]，由于元件生产工艺所限各器件参数存在一定差异这就大大降低了晶闸管串联使用的可靠性，这也是高压电机软起动没有得到迅速发展的主要因素，而开关变压器技术巧妙的回避了这一技术壁垒。

　　它的基本工作原理如图2所示，是用开关变压器来隔离高压和低压，开关变压器的低压绕组与可控硅和控制系统相连，通过改变其低压绕组上的电压来改变高压绕组上的电压，从而达到改变电动机端电压的目的，以实现电动机的软起动。其特点如下：

图2 开关变压器原理单线图

　　1） 电压和电流能从零起连续可调，对电动机无转矩冲击，对电网无冲击;转速慢慢上升，有利于润滑，能延长电动机及机械设备的使用寿命。

　　2） 控制灵活，重复精度高。在起动过程中，能在额定电流以内给电动机以充分加速，因此能最大限度的降低起动电流最大值，最大值保持时间短。

　　3） 开关变压器是一种高可靠性设备;低压侧电压低，不用采用可控硅串联;可控硅的控制技术很成熟，因此该装置为高可靠性设备。

　　4） 该装置本身功耗很小，可以连续起动，可以一拖多（容量可不同）。

4.某石化企业应用情况

　　中国石化燕山分公司千万吨炼油扩建项目中，催化裂化装置的送风电机由原来的9000kW，增容至12000kW因现有电网情况不能满足直接起动的要求，所以需要增设软起动装置一套。由于石油催化裂化装置生产工艺的特殊性，所以装置中主风机的可靠起动关系着生产的连续性及安全性。

　　国内外现有的高压电机起动方式有串电抗器、自藕变压器、水电阻、电子式固态软起动器、开关变压器式软起动器、高压变频软起动器，在综合考虑各种软起动方式的优缺点后燕山石化最终选定了DJRQ03-12000-1型开关变压器式高压电机软起动装置，以下是该电机的起动情况。

4.1.燕山石化三催化12000kW高压电机及负载相关参数：

　　电机：额定功率12000kW，额定电流1322A，额定电压6kV。（佳木斯电机厂生产）

　　风机：AV-50系列轴流压缩机。（陕西鼓风机集团有限公司）

　　电网:变压器—电动机组供电方式,20000kVA变压器,电压等级为35kV/6kV

4.2.起动情况

　　2007年4月11日上午10：05分光轴起动12000kw电机，最大起动电流3000A（为额定的2.27倍）、起动时间10.4秒、6kV母线电压降30%。起动曲线如图3所示：

图3 起动曲线

　　2007年4月16日，轻载起动负载静叶开度为22度，最大起动电流为2850A（为额定的2.16倍），起动时间为40s, 6kV母线电网最大压降为25%，起动曲线如图4所示：

图4 起动曲线

　　由以上两图可见其电压波动率较大，这和系统短路容量有关。该项目是改造项目，原来该系统用于9000kW电机，现改为12000kW电机，系统不变。现在电机电流已做得很小，说明起动装置性能好，如果不能把起动电流控制得很小，电压波动还要大。

5.结语

　　用开关变压器式软起动装置起动大电机成功经验消除了人们的疑虑，解决了大电机起动国产化的问题，在国家大力强调自主创新的今天，无疑具有非常重要的意义。

参考文献：

　　[1] 　张大禹，纪延超 中压异步电机软起动装置的研制，电气应用， 2008.8

　　[2]　王新岩 软起动器的特点及其应用 ，电力自动化， 2007.8

　　[3] 王毅 赵凯岐 徐殿国 电机软起动控制系统中功率因数角的研究，中国电机工程学报，2002.22

　　[4] 张岩 王欢 , 从电力电子技术看中压电机的软起动，控制与传动，2005.3

　　[5] 孙树朴 电力电子技术,中国矿业大学出版社2000 年7月

　　[6] 吴大榕,电机学 , 电力工业出版社，1978年。

　　[7] 周希章、周全 ,电动机的起动制动和调速,机械工业出版社，2001年

　　[8] [英]M.G.SAY著.钱庆镳等译, 交流电机,中国计量出版社，2000年

　　[9] 杨芳春主编 ,电机与传动,煤炭工业出版社，1995年

　　[10] 冯欣南编 , 电机学, 机械工业出版社，1985年