一、水阻柜原理
水阻起動(dòng)柜是近年來(lái)運(yùn)用比較廣泛的電機(jī)起動(dòng)設(shè)備。水阻,也就是液體電阻(在水中添加電解粉構(gòu)成水電阻),顧名思義就是在電機(jī)定子回路(鼠籠型電機(jī))或轉(zhuǎn)子回路(繞線式電機(jī))中串入液態(tài)電阻,電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中液態(tài)電阻阻值在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)無(wú)級(jí)減小,直至阻值接近為零,將液阻自動(dòng)切除,電機(jī)投入正常運(yùn)行,每小時(shí)最多可以啟動(dòng)2-3次。
二、運(yùn)動(dòng)過(guò)程
水阻柜運(yùn)行過(guò)程:高壓開(kāi)關(guān)柜合閘的同時(shí),水阻柜接收到高壓開(kāi)關(guān)柜的合閘信號(hào),水阻柜動(dòng)極板自上而下開(kāi)始運(yùn)行,在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)動(dòng)極板運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電阻值逐漸下降,當(dāng)電阻接近于零時(shí),通過(guò)一個(gè)限位開(kāi)關(guān),使水阻柜內(nèi)的真空接觸器吸合,將水電阻短接掉,電機(jī)啟動(dòng)完成,經(jīng)過(guò)延時(shí)幾秒后,動(dòng)極板自動(dòng)復(fù)位至原始狀態(tài),等待一下次啟動(dòng)。如水阻柜在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)起動(dòng)沒(méi)有完成就會(huì)發(fā)出一個(gè)故障報(bào)警信號(hào),自動(dòng)切斷開(kāi)關(guān)柜,確保電機(jī)不開(kāi)路。
三、水阻柜缺點(diǎn)
水阻的效率低,只能做軟啟動(dòng)。如果作為調(diào)速,必須將水阻柜箱體(液體電阻部分)長(zhǎng)期帶電,一旦出現(xiàn)箱體漏液或者液體電阻減少或者干枯,必出現(xiàn)生產(chǎn)事故或者安全事故。并且由于箱體液體電阻長(zhǎng)期帶電,發(fā)熱嚴(yán)重,要有外圍散熱設(shè)備才能維持運(yùn)行。所以相對(duì)人力維護(hù)成本也會(huì)增加。
四、水阻柜的改造方式
在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際改造中:雖然水阻柜存在以上缺點(diǎn),但是客戶在水阻柜改造變頻時(shí)還是會(huì)保留工頻水阻啟動(dòng)的模式。
。ㄒ唬┮话闼韫裼袃煞N改造方式,按照電機(jī)的不同,分為兩種水阻串接方式
1、轉(zhuǎn)子串水阻
即電機(jī)屬于繞線式電機(jī),即轉(zhuǎn)子回路未短接。此時(shí)通過(guò)改變起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子回路的電阻值來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)。
2、定子串水阻
即電機(jī)屬于鼠籠型電機(jī),即轉(zhuǎn)子回路在電機(jī)內(nèi)部已短接。此時(shí)通過(guò)改變起動(dòng)過(guò)程中定子回路的電阻值來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。
。ǘ┌凑諏(shí)現(xiàn)方式的不同,分為兩種水阻
1、溫度改變阻值大小
即在啟動(dòng)過(guò)程中,由于液體內(nèi)部的電解液隨著液體溫度的升高,電解液分子活動(dòng)加劇,使電阻值逐步減小,逐步改變機(jī)端電壓,使之達(dá)到軟起動(dòng)的目的。
2、柜內(nèi)增加極板升降電機(jī)
通過(guò)柜內(nèi)增加極板升降電機(jī),勻速的改變輸入輸出極板之間的距離,改變電阻值的大小,逐步改變機(jī)端電壓,使之達(dá)到軟起動(dòng)的目的。
注:其中若是溫度改變阻值大小,主要屬于定子串水阻系列(即鼠籠式電機(jī))。
若通過(guò)極板升降電機(jī)改變阻值大小,則定子和轉(zhuǎn)子串水阻都可。目前常用的方式還是通過(guò)極板升降的方式,方便控制啟動(dòng)過(guò)程。
五、水阻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
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其柜內(nèi)部主要包括:
1、旁路柜
主要是起動(dòng)完畢后,將水阻柜短接。
按一次原理的不同,和短接接觸器的數(shù)量,有的在短接后將水阻完全拖開(kāi)的,有的在短接后,水阻仍然帶電。
根據(jù)客戶需要,選擇真空斷路器或者真空接觸器。真空斷路器需要分、合閘操作,而真空接觸器又分為電保持和機(jī)械保持式,電保持不需另增加分閘操作,掉電即分閘,而機(jī)械保持式需要分閘操作。
2、水阻柜主體
主要包括3個(gè)獨(dú)立的水箱,每個(gè)水箱底部有一固定的銅極板,水箱上部有一固定的銅極板,分別引出進(jìn)出一次線。(針對(duì)鼠籠式電機(jī)講的:定子串水阻)
主要根據(jù)電機(jī)大小,計(jì)算需要的散熱液體體積,則柜體體積有大有小。例如電機(jī)在10MW,則水阻柜主體可能達(dá)到10m*2m*4m。
(二)極板升降改變阻值
其柜內(nèi)部主要包括:水箱(三相分開(kāi))、一套極板、極板升降電機(jī)和相應(yīng)的軸承,及短接接觸器(短接的接觸器也應(yīng)客戶需要)、PLC等。
六、運(yùn)行方式(現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作的依據(jù)數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)方法)
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1、工頻模式下
待廠家調(diào)試完后,每個(gè)極板都浸泡在水中,水中加入了根據(jù)計(jì)算的電解粉。起動(dòng)時(shí),通電后,則水阻內(nèi),溫度逐漸升高,電解液分子活動(dòng)加劇,極板之間的電阻值逐步減小,電機(jī)端的電壓逐步由低到高,根據(jù)調(diào)整的時(shí)間,起動(dòng)完畢后,短接真空接觸器(溫度改變阻值這種主要用于鼠籠式電機(jī)),起動(dòng)完成,水阻被甩開(kāi)。此種原理的水阻,電機(jī)進(jìn)行連續(xù)重啟時(shí),由于每次重啟時(shí),由于水溫不一致,因此其啟動(dòng)特性會(huì)有差異。在啟動(dòng)時(shí)間間隔較長(zhǎng)的情況下,其啟動(dòng)特性基本可保持一致。
2、變頻模式下
上高壓后,直接短接接觸器(短接接觸器動(dòng)作信號(hào)取自高壓開(kāi)關(guān)QF0的常開(kāi)點(diǎn))。
(二)極板升降改變阻值(重點(diǎn)介紹)
1、運(yùn)動(dòng)過(guò)程
待廠家調(diào)試完后,每個(gè)極板都浸泡在水中,水中加入了根據(jù)計(jì)算的電解粉。起動(dòng)前,上極板在最上面,起動(dòng)時(shí),上極板在升降電機(jī)的帶動(dòng)下,逐步下移,(有的設(shè)置是下移幾秒,停幾秒,繼續(xù)下移,重復(fù))則兩極板之間的距離減小,相應(yīng)的兩極板之間的電阻值減小,則電機(jī)端的電壓逐步由低到高,當(dāng)上極板移動(dòng)到最下限位時(shí),短接真空接觸器。與此同時(shí),上極板開(kāi)始往上回升,升到最上限位時(shí),起動(dòng)完成。此種方式的水阻,電機(jī)連續(xù)啟動(dòng)時(shí),啟動(dòng)特性差別不會(huì)很大,但是伺服電機(jī)等部件造成水阻柜的維護(hù)工作增加。(適用于鼠籠式及繞線式電機(jī))。
2、現(xiàn)場(chǎng)參照的實(shí)際數(shù)據(jù)及控制邏輯
。1)一般水阻啟動(dòng)時(shí),起動(dòng)電流倍數(shù)在2~3.5倍之間,網(wǎng)側(cè)壓降都能滿足上一級(jí)變壓器的容量要求;
(2)根據(jù)電機(jī)大小,起動(dòng)時(shí)間一般設(shè)置為20~40秒,時(shí)間一般都可調(diào),一般超過(guò)40秒,則開(kāi)關(guān)柜會(huì)有反時(shí)限保護(hù);
。3)“水阻起動(dòng)信號(hào)”,F(xiàn)在一般的水阻柜,都是采用PLC控制,其中,水阻柜起動(dòng)信號(hào),取的是對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)起動(dòng)柜的“斷路器合閘狀態(tài)”,也就是說(shuō),當(dāng)客戶的開(kāi)關(guān)柜的斷路器合閘以后, 水阻柜的PLC接收到信號(hào)后,就開(kāi)始起動(dòng),如極板開(kāi)始下移;
(4)當(dāng)開(kāi)關(guān)柜的斷路器分閘以后,水阻柜的PLC接收到信號(hào)后,就將短接接觸器分?jǐn)啵?/P>
。5)即:水阻柜接觸器動(dòng)作的條件是高壓斷路器QF0合閘(取自QF0常開(kāi)點(diǎn))。
3、水阻柜改造變頻器后現(xiàn)場(chǎng)需要做的改動(dòng)
(1)轉(zhuǎn)子串水阻(對(duì)應(yīng)繞線式電機(jī),手動(dòng)旁路)
、僖淮位芈返母脑,與普通的變頻改造一樣;
、诙位芈返母脑欤鑿乃韫竦亩探咏佑|器引出一對(duì)“短接接觸器常閉點(diǎn)”,接入變頻器的“急!被芈,可理解為:若水阻柜的短接接觸器不短接,則變頻器無(wú)法起動(dòng)。要注意的是接入“急!被芈窌r(shí),要繞過(guò)“遠(yuǎn)程/就地”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。 即等繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子短接后,作為鼠籠式電機(jī)起動(dòng);
、鬯韫駟(dòng)條件串入工頻狀態(tài)。
、墁F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用案例介紹。安徽懷寧上峰水泥采用了“轉(zhuǎn)子串水阻”模式的變頻改造,現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)參數(shù)如下表所示:
電機(jī)型號(hào) |
YPKK800-6 |
轉(zhuǎn)速 |
993R/MIN |
功率 |
2800KW |
電機(jī)廠家 |
蘭州電機(jī)股份有限公司 |
額定電壓 |
10KV |
水阻柜類型 |
極板升降改變阻值 |
額定電流 |
191.4A |
|
|
功率因數(shù) |
0.881 |
負(fù)載 |
B線窯尾高溫風(fēng)機(jī) |
現(xiàn)場(chǎng)要求水阻柜改造變頻,且工頻運(yùn)行模式下保留水阻柜的軟起功能,電機(jī)為三相異步繞線式電動(dòng)機(jī),水阻柜類型有柜內(nèi)增加極板升降電機(jī)(即極板升降改變阻值)。變頻器為一托一手動(dòng)旁路柜,變頻器旁路柜一次接線和標(biāo)配接線方式一樣的,如圖1所示,從客戶母線過(guò)來(lái)的10KV線是不經(jīng)過(guò)水阻柜的(僅僅客戶的AC380V控制電到水阻柜)。
轉(zhuǎn)子串水阻一次接線圖原理圖
此時(shí),變頻器模式下,水阻柜的旁路柜內(nèi)的短接接觸器在這里就相當(dāng)于短接轉(zhuǎn)子,使繞線式電機(jī)變?yōu)槭蠡\式電機(jī)供變頻器使用。工頻模式下,為電機(jī)軟起,軟起成功后,水阻柜的旁路柜內(nèi)的短接斷路器在這里就相當(dāng)于短接轉(zhuǎn)子,使繞線式電機(jī)變?yōu)槭蠡\式電機(jī)供工頻使用。
采用工頻模式運(yùn)行時(shí),首先合閘QS3,DCS遠(yuǎn)程合閘QF斷路器,水阻柜接收到QF合閘信號(hào)及工頻狀態(tài)后,水阻柜運(yùn)行,此時(shí)水阻柜極板自上而下運(yùn)行,通過(guò)水阻柜實(shí)現(xiàn)軟起,當(dāng)極板運(yùn)行至底部的時(shí)候,有個(gè)限位開(kāi)關(guān),通過(guò)連鎖,給水阻柜接觸器KM一個(gè)信號(hào),使水阻柜內(nèi)的真空接觸器KM吸合,將水電阻短接掉并保持,繞線式變成鼠籠式電機(jī)啟動(dòng)完成,經(jīng)過(guò)延時(shí)幾秒后,動(dòng)極板自動(dòng)復(fù)位至原始狀態(tài),等待一下次啟動(dòng)。
采用變頻模式運(yùn)行時(shí),首先QS1、QS2隔離開(kāi)關(guān)合閘,DCS啟動(dòng)QF合閘,高壓電進(jìn)入變頻器,(水阻柜啟動(dòng)信號(hào)串入工頻狀態(tài),此時(shí)啟動(dòng)不了,),同時(shí)KM水阻柜接觸器接收到QF合閘信號(hào)后, KM直接短接,繞線式變?yōu)槭蠡\式電機(jī),變頻器接收到KM短接信號(hào)后,通過(guò)DSC遠(yuǎn)程啟動(dòng)/停止/調(diào)節(jié)變頻輸出。
另外,我也見(jiàn)過(guò)另類的轉(zhuǎn)子串水阻變頻改造,用戶直接將電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接處打開(kāi),將轉(zhuǎn)子上直接短接上銅排,則成為了鼠籠式電機(jī)。此時(shí),已完全甩開(kāi)了水阻。但萬(wàn)一變頻器發(fā)生故障,變頻轉(zhuǎn)為工頻時(shí),則需要將轉(zhuǎn)子上的銅排拆下(不拆下實(shí)現(xiàn)不了軟起,相當(dāng)于鼠籠式電機(jī)直接工頻啟動(dòng),導(dǎo)致客戶的變壓器容量受不了),比較麻煩。但選擇權(quán)在于用戶,用戶認(rèn)為自己的轉(zhuǎn)子經(jīng)常會(huì)發(fā)生放炮現(xiàn)象,所以短接后比較合適。
(2)定子串水阻(對(duì)應(yīng)鼠籠式電機(jī),手動(dòng)旁路)
這種改造相對(duì)復(fù)雜,需要確定的內(nèi)容主要如下:
、俣探訑嗦菲。短接接觸器最少是一個(gè),有時(shí)也有兩個(gè),也可能是三個(gè),如其中要詢問(wèn)清楚各接觸器的合、分閘順序,這個(gè)在自動(dòng)旁路柜中一定要弄清楚,因?yàn)樵谧詣?dòng)變/工頻轉(zhuǎn)換過(guò)程中,可能會(huì)造成嚴(yán)重后果。要詢問(wèn)清楚各接觸器的自鎖方式,是電保持,還是機(jī)械式保持。如是電保持,合分閘共用一個(gè)信號(hào)即可,如是機(jī)械式保持,則合、分閘要分開(kāi)設(shè)計(jì)。
、谒韫駟(dòng)信號(hào)。變頻改造前,水阻柜起動(dòng)信號(hào)接收的是“斷路器常開(kāi)點(diǎn)信號(hào)”(為母線高壓開(kāi)關(guān)柜QF0的常開(kāi)信號(hào),即當(dāng)QF0合閘后,常開(kāi)變成常閉,水阻柜啟動(dòng),工頻實(shí)現(xiàn)軟起),若變頻改造后,則一般需要在此起動(dòng)水阻柜啟動(dòng)信號(hào)的回路里增加變頻器“工頻狀態(tài)”信號(hào)。即工頻時(shí),水阻仍正常起動(dòng),若變頻時(shí),則水阻柜不動(dòng)作。
、鬯韫穸探有盘(hào)。變頻改造前,水阻柜短接信號(hào)接收的是“極板下限位行程開(kāi)關(guān)信號(hào)”。變頻改造后,則根據(jù)要求靈活改變,需在短接接觸器的合、分閘回路增加控分閘回路增加控制信號(hào)?刂品绞礁鶕(jù)客戶要求及系統(tǒng)安全性確定。
、墁F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用案例介紹。棗莊泉頭水泥廠采用了“定子串水阻”模式的變頻改造,現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)參數(shù)如下表所示:
電機(jī)型號(hào) YKKP630-6W 轉(zhuǎn)速 995R/MIN
功率 2800KW 電機(jī)廠家 重慶賽力盟電機(jī)股份有限公司
額定電壓 10KV 水阻柜類型 極板升降改變阻值
額定電流 186.6A 負(fù)載 2#高溫風(fēng)機(jī)
一次接線圖原理如圖2所示,水阻柜內(nèi)短接接觸器為KM,高壓經(jīng)過(guò)水阻柜。
定子串水阻一次接線圖原理圖
此系統(tǒng)為定子串水阻,水阻柜只有一個(gè)接觸器KM,接觸器為機(jī)械保持式,系統(tǒng)的二次原理更改有以下幾部分。
第一部分是PLC程序更改了邏輯,并引出線接到KM的分、合閘線圈。水阻柜接觸器KM控制方案如下:
在工頻模式下,KM仍由水阻柜本身的邏輯來(lái)控制實(shí)現(xiàn)軟起。
在變頻模式下,當(dāng)高壓?jiǎn)?dòng)柜斷路器QF合閘時(shí),KM就會(huì)合閘;當(dāng)高壓?jiǎn)?dòng)柜斷路器QF分閘時(shí),KM就會(huì)分閘。
第二部分是水阻柜起動(dòng)信號(hào)。增加變頻器“工頻信號(hào)”串入起動(dòng)回路。
第三部分是開(kāi)關(guān)柜允許合閘信號(hào)。將變頻器“高壓合閘允許K6”串入高壓開(kāi)關(guān)柜QF允許合閘回路,其中從控制器發(fā)出的“高壓合閘允許K6”串入了“變頻狀態(tài)”信號(hào)。
采用工頻模式運(yùn)行時(shí),首先QS43/QS44隔離開(kāi)關(guān)合閘,DCS啟動(dòng)QF合閘,水阻柜接收到QF合閘信號(hào)及工頻狀態(tài)信號(hào)后,水阻柜運(yùn)行,此時(shí)水阻柜極板自上而下運(yùn)行,通過(guò)水阻柜實(shí)現(xiàn)軟起,當(dāng)極板運(yùn)行至底部的時(shí)候,有個(gè)限位開(kāi)關(guān),通過(guò)連鎖,給水阻柜接觸器KM一個(gè)信號(hào), 使水阻柜內(nèi)的真空接觸器KM吸合,將水電阻短接掉并保持,電機(jī)啟動(dòng)完成,經(jīng)過(guò)延時(shí)幾秒后,動(dòng)極板自動(dòng)復(fù)位至原始狀態(tài),等待一下次啟動(dòng)。
采用變頻模式運(yùn)行時(shí),首先QS41/QS42隔離開(kāi)關(guān)合閘,DCS啟動(dòng)QF合閘,(水阻柜啟動(dòng)信號(hào)串入工頻狀態(tài),此時(shí)啟動(dòng)不了,也無(wú)高壓輸入QS43斷開(kāi)的),高壓電進(jìn)入變頻器,通過(guò)DSC遠(yuǎn)程啟動(dòng)/停止/調(diào)節(jié)變頻輸出。
目前,對(duì)于繞線式電機(jī),水阻柜主體柜和水阻柜旁路柜是分開(kāi)獨(dú)立的,且高壓不經(jīng)過(guò)水阻柜,也就是說(shuō)只有控制電纜進(jìn)入水阻柜,從水阻柜出線控制電纜到電機(jī)轉(zhuǎn)子上。對(duì)于鼠籠式電機(jī),水阻柜主體柜和旁路柜是集成的,有高壓電纜通過(guò)水阻柜再連接到電機(jī)定子上。
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