开关变压器式软起动器在除磷水泵上的应用

一、概述

济钢热连轧厂于2005年12月正式建成投产，设计产能220万吨，建厂初年就顺利完成产量225万吨。为了进一步提高产品质量，拓展和开发高附加值产品，于2007年10月计划并实施了高压水除磷系统改造项目工程。改造项目在原有高压水除磷泵站（三台除磷水泵）的基础上，新增三台大功率除磷水泵，组成精轧除磷泵站。在与该项目配套实施的电气系统改造项目中，为解决原有水电阻式软起动器存在的起动困难，维护量大的难题，决定选用哈尔滨帕特尔公司设计生产的开关变压器式高压电机软起动器作为高压电机软起动装置，共引进2套，其中一套为一拖一装置，一套为一拖二装置。

二、系统组成

主回路及起动过程

电机软起动系统由三部分组成:高压电动机、高压开关柜和软起动装置。高压电动机额定电压10kV，额定功率2800kW。高压开关柜有三种：运行柜、隔离柜和起动柜。其中一拖二装置2台电动机共用1台起动柜。软起动装置由开关变压器2000kVA、可控硅和控制系统组成，其中可控硅采用油浸式方法集中安装在充满变压器油可控硅箱中。主回路简图如图1所示（以一拖一系统为例）。

（1）控制柜上电，PLC检测各开关的状态，如果检测到1QF手车位置点、2QF手车位置点、3QF手车位置点闭合，1QF辅助触点打开，2QF辅助触点打开，3QF辅助触点闭合，此时发出允许信号，“允许”指示灯亮。

（2）当操作者看到“允许”指示灯亮时，可以按起动按钮，这时2QF合闸，电机软起动开始。

（3）当PLC检测电流下降到程序预设值时或时间到达预设值时，发出合运行柜信号，使运行柜1QF合闸，电机转入正常运行，延时1秒发出跳起动柜、隔离柜信号，使起动柜、隔离柜跳闸，使开关变压器从电网脱离，电机软起动结束。允许?电机软起动过程中，如有软起故障发生，则发出故障信号，将起动柜2QF跳闸，软起动停止；如在起动过程中有紧急情况发生，则按下急停按钮，即可停止整机工作。

PLC是软起动装置的核心控制组件，选用西门子S7-200系列模块构成。CPU选用CPU224，它是PLC的控制单元，具有14路开关量输入和10路开关量输出。它检测外部连锁输入条件：隔离柜断路器辅助触点、运行柜断路器辅助触点、起动柜手车位置点等以及触发单元故障和开关变压器瓦斯故障等报警信息，根据程序进行判断并给出相应的输出状态。模拟量输入/输出模块EM235，具有4路模拟量输入和1路模拟量输出，在系统中它主要完成对电网电压的检测工作和模拟电压量的输出，也就是可控硅触发单元的控制输入。模拟量输入/输出模块EM231，具有4路模拟量输入，在系统中它主要完成对电机电流的采样检测工作。

软起动的起动方式为电流斜坡式（如图3所示），采用电流闭环调节。起动中不同时段的电流设定值由程序给定，这里的电流设定值可以根据负载类型的不同自由设定，主电路中的电流由采样单元采集，PLC比较电流反馈值和给定值，根据差值调节触发单元的输入电压，改变SCR的导通角，从而改变主电路中的电流与给定值相等。

开关变压器软起动器把变压器与晶闸管相结合，使变压器在电路中起到一个开关的作用，利用变压器次级短路和开路的性质来实现变压器的开关作用。变压器主电路接法也不同于常规变压器应用电路，它把可控硅放在开关变压器的低压侧，高压侧绕组的末端接被控负荷（电动机），开关变压器是个中间控制设备。

当加上电压时（SCR未通），开关变压器TK原边和电机D上得到电压，由于TK的空载电流远小于D的空载电流，故电压绝大部分（百分之九十五以上）加在TK原边，这时TK副边也得到电压，波形为正弦波。当SCR控制加上触发电压时，SCR导通，在α角处导通，则u2立即降低，u2电压如图实线所示，u1的波形也相同。D上的电压为外加电压减去u1，则D上的电压波形uD如图所示：当改变控制角α时（比如前移），则u2变小，u1变小；uD加大。这样，连续调节α由大到小，则uD连续由小到大，完成调压软起动。