龚嘴水力发电总厂位于四川省境内的大渡河上,由龚嘴和铜街子两个电站构成梯级水力发电,其中龚嘴电站装机容量7×100 MW,铜街子电站装机4×150 MW,总装机容量1 300 MW。龚嘴水电站分为地上地下厂房,地上厂房为坝后式明厂房,装机容量4×100 MW,地下厂房为洞内式厂房,装机容量3×100 MW;铜街子电站位于龚嘴电站下游约33 km,也为坝后式明厂房。龚嘴电站排水系统分为机组检修排水系统、厂房渗漏排水系统、坝体渗漏排水系统和地下厂房厂区渗漏排水系统,共有6个集水井、19台排水泵电机;铜街子电站排水系统分为机组检修排水系统、厂房渗漏排水系统、坝基渗漏排水系统和坝体渗漏排水系统,共有4个集水井、13台排水泵电机。
2 问题的提出传统的电机起动方式一般采用全压、星形-三角形或降压起动,目前国内大电机采用的交流电动机降压起动器主要为自耦变压器、电阻器等几种形式。龚站坝体集水井有2台225 kW电机和2台75 kW电机,铜站坝体集水井有3台132 kW电机,铜站检修集水井有3台225 kW电机,它们的起动方式为降压起动,降压装置为自耦变压器。在运行中经常出现接触器触头或自耦变压器烧坏等现象。特别是龚站坝体集水井2台225 kW电机,由于它的动力电源有两路,一路电源来自厂用400 V系统,另一路电源来自大坝400 V系统(备用电源)。当使用备用电源时,大坝400 V系统负荷容易接近大坝400 V变压器额定负荷,所以电机起动时,其冲击电流较大引起电压变化,在电压变化时起动出现大压降和高电流峰值,转动力矩大,延长了起动时间,产生严重的恶性循环,容易造成接触器触头过流发热而受损或使自耦变压器过热而烧坏等不良现象,严重影响了电厂的安全生产,而且自耦变设备笨重复杂,维护费用较大、检修工作量大。因此,我厂对电站集水井排水水泵电机起动方式进行了改造,使用一种新的电机起动方式即电机软起动。
3 软起动器的应用
根据电厂实际情况和运行特点,经过长时间调研和选型,最后选用了施耐德电气公司生产的Aitstart46型软起动器,该型号软起动器为系列产品,额定电流12 A至1 200 A,可控制电源电压在208～500 V之间,额定功率在2.2～800 kW的电机。
3.1 Aitstart46软起动器的工作原理
软起动器的工作原理是可控硅接在电动机的三相供电线路上,利用可控硅的电子开关特性,通过微电脑控制其触发角的大小来改变可控硅的开通程度,由此改变电动机输入电压的大小,以达到控制电机的起动特性。当电机起动过程完成后,控制器便控制真空接触器吸合,短掉所有可控硅,使电机直接投网运行,从而避免不必要的能源损耗。
3.2 Aitstart46软起动器的控制模式
限流软起动控制模式:软起动时输出电压从零迅速增加,直至输出电流达到设定的电流限幅值I,然后保证输出电流在不大于该值的情况下,电压逐渐上升,电机逐渐加速至额定转速运行。在该控制模式下,电机以设定的电流为限幅值起动,电流的限值可在电机额定电流2～5倍范围内调整。软起动器起动特性见图1:
图1 软起动器起动特性图
Aitstart46由控制模块、电源组件和本机组成。控制模块中的微处理器可用于电机在起动和停止期间控制转矩,而不需要测速机。见图2。
图2 软起动器控制流程图
3.3 功能与特点电机运行时,Aitstart46软起动器可对其状态进行监视及控制,能监测电机的旋转方向,防止相位颠倒。当电机过热、过载、过压、欠压、缺相时,它可以自动对其采取及时保护,其过流值和过载值可调。Aitstart46软起动器还具有欠载保护,可减少水泵排水时造成的故障。Aittart46软起动器还具有远程控制功能。
软起动器具有以下特点:
①控制电动机平滑起动,减小起动电流冲击,避免冲击电网。
②起始电压可调,保证电机起动的最小起动转矩,避免电机过热和能源浪费。
③起动电流可根据负载情况调整,减小起动损耗,以最小的电流产生最佳的转矩。
④起动时间可调,Aittart46软起动器起动时间可以在0～999 s之间调整,在该时间范围内,电机转速逐渐上升,避免转速冲击。软停车快慢可调。
⑤减少机械应力,保护生产设备,延长其寿命。
⑥性能可靠,使用操作简单方便,显示直观。Aittart46软起动器带有显示模块,该显示器可用于软起动器参数调整,在运行时能显示电机运行电流,故障时能显示故障名称,便于运行人员处理。
⑦适应水电厂特殊环境要求,适应其它恶劣环境,重载起动要求。
3.4 运行方式
在集水井排水系统中,我厂对控制系统进行了改造,由原来继电器控制单元改为PLC控制,软起动器的起停由PLC来控制,即PLC提供一对触发接点(常开接点),一对停止接点(常闭接点)来完成软起动器的起停,但软起动器本身自成一体,能够独立操作,即PLC故障时并不影响软起动器的运行。
软起动器的接线见图3:软起动器有6个电源接线端子,A1、B1、C1为三相电源输入端,A2、B2、C2为输出端。RNN和PL是软起动器的运行控制端子。
图3 软起动器接线图
4 结束语我厂第一台软起动器在龚嘴电站坝体集水井排水泵电机上改造成功。在该软起动器投运成功的基础上,我们在全厂推广使用软起动器,先后在铜站检修、坝基集水井水泵电机、龚站上、下厂检修集水井水泵和铜站大坝溢洪门油泵电机起动中成功使用软起动器。软起动控制器投运后运行情况良好,运行中装置稳定、安全,电机起动平稳,有效地保护了电机,延长了电机使用寿命,为我厂的安全生产、经济运行提供了保障,也满足了水电站“无人值班、少人值守”的技术要求。
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、维护方便等优点,且价格适中,是值得推广应用的一种新型无触点起动设备。
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