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摘要：目前在矿山供排水系统中存在泵站供电线路长，高压大功率电机驱动的情况。有许多高压大功率电机在传统方式下启动运行，传统的起动方式存在着明显缺点，为了改善水泵启动时对电网的冲击，中高压固态软起动器是一个很好的选择，应该在供排水系统中得到全面推广使用。
关键词：电网冲击；中高压固态软起器；水泵控制；水锤
云南思茅山水铜业有限公司改扩建的肖家坟尾矿库渗水泵站线路长达5公里，采用10KV供电，高压电机功率为1120KW，启动柜选用雷诺尔RNMV-10080-E型中高压固态软起柜。
传统的高压异步电动机降压起动方式有在定子回路串联电抗器、串联液体电阻器、或使用自耦变压器降压起动等。传统的起动方式存在着明显缺点，如在起动过程中起动电流对电网和负载的冲击，机械承受起动冲击转矩，降低了可靠性及使用寿命，特别是在起停车过程中，会产生巨大的“水锤”效应。冲击转矩和“水锤”效应使水泵及水泵配件遭到损坏，严重影响安全生产。
随着科学技术的发展，建立在晶闸管调压基础上的中高压固态软起动器作为三相电压3KV～10KV中高压电机起动、控制、保护、软停之用。将逐步取代传统电机起动方式，也是大多数泵站的选择。
一、中高压固态软启器原理
1、中高压固态软动器的工作原理、基本组成
RNMV系列是雷诺尔中高压软起动器柜，在完整的RNMV包括：网侧真空接触器、控制变压器、控制模块、可控硅模块、电动机保护模块、高压旁路真空接触器。软起动器部分仅包括：控制模块、控制变压器、可控硅模块等。
RNMV系列的控制核心是微处理器CPU，微处理控制系统可以对电动机及相关设备进行起动和保护。CPU对SCR 进行相角触发控制以降低加在电动机上的电压，然后慢慢的提高加在电动机上的电压和电流来平滑的增加电动机转矩，直到电动机加速到全速运行。这种起动方式可以降低电动机的起动冲击电流，减少对电网和电动机自身的冲击。同时也减少了对连在电动机上机械负载装置的机械冲击，以延长设备的使用寿命，减少故障和停机检修时间。
图1 RNMV系列电气原理图
2、软起动器的组成：
1）SCR组件：在每相中是用一对相同参数的SCR反并联安装在一起。
2）CPU板：CPU 板上装有微处理器和通讯处理器来进行控制。
3）主控板：控制进线接触器、旁路接触器的动作顺序和SCR 的触发。
4）TCB：终端控制板是用户的接线板。
5）触发板：把触发脉冲信号进行放大来触发SCR。
6）Temp/CT板：温度控制和电流互感器板通过光纤把散热器温度和电流信号送到主电源板。
7）MOV板：压敏电阻板用来防止SCR 的控制极被高电压损坏。
8）DV/DT 板：阻容性质的过电压吸收回路，用来保护SCR，防止其阴阳极上的电压脉冲突变。
9）触发信号用脉冲变压器隔离，另外一个独立的控制电源变压器经电磁隔离后为所有的低压电路和CPU 提供电源。
10）光纤隔离用于中压电源和全部低压系统之间。
3、RNMV具有以下独特功能
1）电机起动时，电流限制到设定值以下，可以避免起动时电网电压聚降，造成的停车事故；起动平稳；
2）降低了供电变压器及设备容量，节约项目的投资费用；
3）机械方面：减少机械冲击，防止过压和水锤效应，延长传动机构的使用寿命；
4）电气方面：减少50％的起动冲击电流，延长电机使用寿命，减少了电网电压波动及其它用电部门的影响；
5）保护功能周全：如温度保护、缺相保护、短路保护、流过保护及低电压保护等，同时采用光纤传输技术隔离高、低压部分，杜绝了人身安全事故的发生；
6）汉字显示功能：LCD液晶屏显示各种工况，编程及故障状态下具有文字显示说明，操作直观方便；
7）现场总线功能：用户可选用Modbus、Devicenet或Profibus现场总线进行全动态控制检测起动器，可根据需要进行组网；
8）系统通讯功能：内置通讯端口，RS-232与微机的点到点通讯。RS-485与远程终端设备的多点通讯；
9）可编程输出功能，控制数据状态记录功能，仪表检测功能，故障历史记录功能。
二、中高压软起动器的实际应用
高压固态软起动器所配带电动机的方式可以是一拖一方式（即一台固态软起动器带一台高压电动机），如下列左图所示。当有两台相同电功率的高压电动机时，为了节约投资，也可采用一拖二的方式（即一台固态软起动器带两台高压电动机）如下列右图所示。
要想达成一拖二控制目标，通常需要于控制柜外侧区域，增加电源切换柜装置。不仅进行电源侧切换工作，而且进行电机侧切换等。通常在不同电源切换柜内，应该至少存在两台接触器设备，在不同接触器彼此之间，应进行相互闭锁，通过这样合理有效的进行控制，能够充分避免系统产生短路。
（一）参数设置
第一，泵控曲线情况。在系统加速期间，真正实现峰值扭矩前夕，在水泵控制作用下，电压斜坡就会容易慢慢升高，并且明显就会减小峰值转矩。
第二，就初始电压情况来说，在启动信号发动之后，电机能够马上进行运转。另外对于初始电压，也应该进行合理有效设定。电压在此过程中一旦大于最大值，在起动器作用下，电流斜坡就会体现其应有的效果，替换掉电压斜坡。
第三，电流限制情况。按照负荷性质，我们通常情况下对电流限制进行合理有效的设置，力求避免设定值一旦太低的情况发生，明显就会超过启动期限，电机将无法实现加速。在软起动器实际开展过程中，尤其是应合理控制关键，应科学控制启动电流大小。随着电压逐渐进行升高，如果比较靠近限制电流，应控制电压不变。
第四，启动时间方面情况。接到启动信号之后，一直到加速阶段完成，在此时间范围之内，尤其需要注重观察电压实际情况，一旦未达到全压状态，则启动器将跳开，远离相应的电动机，并且会在LED进行显现。
第五，启动周期情况。电机在实际进行启动时，普遍容易产生一定的启动电流，并且随之对电机产生冲击作用，启动这个过程一旦出现失败，通常对起动器装置来说，往往也就会自动予以倒计时。在倒计时完成之后，才能够继续启动。
（二）效果分析
利用软起动器，电机能够相较于以往实现更加顺利的开机。而对于定子电流与转矩来说，启动瞬时作用之下，就冲击方面的情况来说，则会出现明显减弱。就相应的变化情况来说，也会渐渐趋于较为平缓，因此系统更加稳定，并且能促进设备保护。
软起动器的特点符合水泵电机的控制要求在供水系统中，泵类负载的起动转矩随着转速的增加而增加，而电机软起动器也通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。从而使泵类负载的机械特性与电机软起动器供电特性相吻合，平稳起动，减少对负载机械的冲击转矩，提高了泵类负载的可靠性，同时起动参数可调，根据负载情况及保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。传统的起动装置因突然停车和起动会产生巨大的“水锤”效应，使管道，甚至水泵遭到损坏。为减少和防止“水锤”效应，需要电机逐渐停机，电机软起动器的软停车特性消除了由于自由停车带来的拖动 系统反惯性冲击。软停车快慢时间一般可调，可以避免正常停车时“水锤”现象造成阀门的损坏，减少维修费用和维修工作量。因此水泵的软停车经常被称为水泵的保护控制。电机软起动器集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体，由于采用单片微机控制，一般具有良好的人机界面以及故障自诊断功能，智能电机软起动器可显示电机电流、电压、功率、功率因数、电动机温度、运行时间等在线工况参数，同时还能实现PLC、计算机通讯与控制，提高了系统的可靠性，有助于系统维护。
三、雷诺尔中高压软启器的相关结论
第一，在软起动器作用下，一方面可以进行过载保护，另一方面如果出现不良操作故障，同样能够进行有效保护，另外针对具体故障问题，能够进行自我判断和有效诊断。基于不同功能之下，故障能够更加容易的进行查找，并且大大节约了人力等相关资源的浪费，非常有利于实现节能，也能够更加环保。
第二，在运行实际开展的过程中，相对来说也会更加可靠。在具体进行维修的过程中，相对来说也会更加方便。对于软起动器来说，一旦处于大电流运行状态之下的话，那么通常就会无接触点。如果说是利用交流开关的话，则会出现无极调压，因而往往就能够充分避免接触不良的危险，调压范围方面来说，相对就会比较宽。就过载能力方面的情况来说，也会得以实现更强。
第三，为了充分响应节能的要求，也应该合理控制其运行。而电机如果常被启动，在负载方面往往也会随之不断变化，那么在节能效果方面来说，就会相应的比较显著。就此种情况下电机的实际情况来说，也能够实现最高节能。
第四，能够利于设备合理有效的使用，寿命上实现保障，并不断提升生产率。在软起动器作用之下，可以充分减小机械应力，并能够充分消除机械冲击作用，设备也能够得以更加科学合理的应用。
结语：
本文主要探讨中高压软启器方面实际情况，并且阐述自身一些相应看法。目前软起动器技术受到各界关注，实践证明，软起动器具有安装简单、操作方便、保护功能齐全、运行可靠、免维护等优点。综上所述，中压固态软起动装置技术成熟、可靠性高、价格低廉、免维护使用、维修方便，已经成为大功率中压电动机最主要的起动方式之一。
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论文作者:张启峰
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/8
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