浅谈VFS高压软启动在大功率电动机启动中成功应用

论文导读：用晶闸管的智能化新型软起动器受到各行业的青睐，并广泛应用于石油化工、电力工业、冶金钢铁等行业的各种锅炉鼓风机、引风机、油泵、特种泵、水泵类设备等领域中大功率交流电动机的起动和停车运行。1生产现状延气2井及延128井区天然气液化厂冷剂压缩机电机为7300kW两台、7500kW一台，10kV供电，额定电流分别为4
摘要：文章根据延长气田延气2井及延128井区天然气液化厂VFS高压软启动在冷剂压缩机电机启动中的应用实例，介绍了VFS高压软启动装置的工作原理、主电路接线及在大功率电动机启动中的现场应用。
关键词：VFS软启动；晶闸管；有级变频
1006-8937（2012）20-0098-02
源于：论文www.7ctime.com
目前大型企业和大型设备日益增多，大型电机的应用也随之增加，其起动方法也越来越受到人们的重视。大功率电机直接起动带来超大的起动电流冲击和过高的起动转矩，使起动时电机的电流特性和转矩特性对供电网造成严重干扰，对机械负载造成损害，严重情况甚至造成电网剧烈波动或负载设备损毁。近年来以计算机为核心，采用晶闸管的智能化新型软起动器受到各行业的青睐，并广泛应用于石油化工、电力工业、冶金钢铁等行业的各种锅炉鼓风机、引风机、油泵、特种泵、水泵类设备等领域中大功率交流电动机的起动和停车运行。
1生产现状
延气2井及延128井区天然气液化厂冷剂压缩机电机为7 300 kW两台、7 500 kW一台，10 kV供电，额定电流分别为480 A和494.6 A，若电机直接起动启动电流可达到额定电流的4～７倍，会造成电源电压大幅度下降，严重影响厂区及上级供电网络设备的正常工作，所以应限制电动机的起动电流，减少启动时大电流对电网的冲击。经过对常见的VFS、固态起动器、磁控起动器、液阻起动器等几种软起动方法进行了综合比对，如表1所示。
通过比较，我们选用了VFS高压软启动控制方式。应用VFS可使电机的启动电流控制在额定电流的

1.5～

2.5倍，起动力矩可达到80%Te。

2VFS工作原理 有级变频无级调压软起动装置（Variable Frequency Starter，简称VFS）是新型电机软起动产品。高压有级变频无级调压软起动采用跳波原理，可以在1/4工频、1/2工频和全工频3种频率下，通过无级平滑调节晶闸管的导通角，来降低电网施加在电动机定子绕组上的电压，从而实现电动机的软起动。
一套完整的VFS主要构成部件包括高压功率阀组部分、控制机部分、传感器部分、高压真空旁路断路器、平波电抗器（可选项）。VFS的控制部分以微处理机作为其控制单元，用以控制它的功率部分。VFS的功率部分由三组晶闸管阀组构成，晶闸管阀组串接于电动机和三相电源之间。电压和电流传感器则负责采集电网电压信号和电机电流信号，为控制机计算晶闸管的触发角度提供数据。控制机通过控制晶闸管触发角的大小、时间和相位来改变电机定子端的输入电压和频率，从而控制电机的起动特性，实现电机的软起动。
3大功率型VFS主电路接线
VFS柜中标有L1、L2、L3的接头需对应电源A、B、C三相顺序相连接（注意相序），VFS柜中标有T1、T2、T3的接头需通过断路器对应接到电机接线柱。大功率型VFS主接线图如图1所示。
VFS系统由进线断路器QF

1、高压软启动、旁路断路器QF2、高压电动机组成。

全系VFS可提供普通软起动模式，包括电压斜坡起动、电压斜坡加电流限流起动、电流限流起动三种。除普通软起动模式外，VFS还具备独特的变频起动模式，根据功率单元配置不同，可分别提供三阀组两级变频起动模式和五阀组变频起动模式，变频起动保证了在限制起动电流的前提下，为电机起动提供充足的起动力矩。
三阀组两级变频起动模式：VFS功率单元由三阀组构成。控制机产生六个周期性的触发信号，按照已确定的控制策略使三组反并联的功率阀组依次导通，这样输出两种电压频率为12.5 Hz、50 Hz，同时通过控制和调节电机的压频比值，使起动电流和起动力矩得到最优的控制，使电动机从静止到额定转速的平稳起动。
当电机达到全速运行后，电机电流降到正常全速运行的电流值。VFS软起动器配有全速运行状态输出继电器，闭合旁路高压真空断路器，使电机电流流经旁路断路器，从而防止晶闸管导通所产生的压降引起的热损耗，提高了工作效率及可靠性。VFS工作在全压状态下，正如其它起动器一样，在电机软起动后，电网电压直接加到电机上，而优于其它起动方式之处在于VFS控制机内嵌一个全功能的电机综合保护器，它的灵敏度和对故障保护反映速度以毫秒来计算，对电机起到了可靠的保护作用。
4现场应用
延气2井及延128井天然气液化厂7 300 kW和7500 kW大功率电机通过应用VFS高压软启动装置，目前每台装置启动已达三次以上，均运行平稳，应用情况良好，启动参数见表2。
5VFS特点
变频起动，电动机的起动转矩大，适合于电动机在较重负载下起动；起动电流小，约为电动机额定电流的2～3倍，这样可以降低用户电网裕量；可以实现电动机的定子电压的无级平滑调节，电动机起动柔和；全功能的电机保护：有电源相序错误保护、缺相保护、触发脉冲丢失保护、起动超时保护、堵转保护、短路保护、电机过流保护、接地故障保护、电机过压保护、电流不平衡保护等。
6结语
VFS高压软启动装置在大型电动机启动中的成功应用，不仅大大降低了电机起动电流对电网和电机自身的冲击，同时也减少了对连在电机上的机械负载装置的机械冲击，延长了设备的使用寿命，减少了故障和停机检修时间，又降低用户电网预留裕量大大节省了用户投资，是目前性能/比很高的软起动方案，今后必将得到广泛的应用。
参考文献：
蒋晓雁.几种常见的软启动技术及其特性比较[J].榆林学院学报,2009,(6).