浅谈某泵站高压电动机液态软起动情况及控制流程-

论文导读：
摘要:介绍了某泵站电动机采用液态软起动装置的情况,简要分析该种启动方式的利弊。介绍立式离心泵的控制流程,分析在实际控制编程过程中需要出现的问题及改进的方法。
关键词:液态软起动装置 联控 延时
泵站概况
某泵站位于广州市天河区,珠江前航道旁边。泵站从珠江前航道取水,经引水管道(沿广州市环城高速公路、京珠高速公路敷设压力钢管)到达调蓄水池,供给市内三条河涌补水用水。泵站属于取水泵站,水泵类型采用立式离心泵,配套电机采用YLKS630-8900kW10kV高压电机。在每台水泵进出水口管道处布置检修电动蝶阀及出水口处安装控制水流的液控阀。泵站取水口前池布置三孔防洪工作闸门。泵站预计每天在珠江前航道涨潮时开泵运行抽水,退潮时停泵,运行时间约为6~10小时。
水泵电动机启动
泵站供配电情况
由于该泵站在补水工程中地位重要,按二级负荷考虑。在泵站附近引入两回10kV电源到泵站高压配电室,两个电源可自投互为备用。泵站设置一台250kVA,10/0.4kV站用变,为泵站提供所需的380V低压电源。该泵站装机容量为5×900kW,4用1备,在最大运行方式下,泵站4台机组同时运行。为避免水泵电机启动运行时对电网的冲击,影响周边地区供电质量,以及为提高泵站运行时的功率因数,电机采用一对一软启动装置及高压无功就地补偿装置。
软启动装置
根据泵站场地规模及投资概算的条件,泵站高压电机的软启动装置采用液态软启动装置。
其工作原理为:在电动机定子回路中串入一组特制的可控液态电阻器,随着电动机的起动,液态电阻器的动、定极板之间的距离按预定设置自动改变,其阻值呈无极平滑减小,由此使得电动机端电压均匀升高。启动结束后,液态电阻自动被切除,电机投入正常运行。
液态软启动装置布置在金属柜内,面板上方布置有常规按钮、触摸显示屏、综合保护器等;柜内下方布置装有电解质液体的容器及动、定基板;柜后为电源线路接入、出端子排。每套启动柜内采用PLC可编程控制器控制,并预留接口实现远程通讯和计算机集中控制。
液态软启动装置柜电源回路没有单独设置电压互感器(PT)、电流互感器(CT)仪表,柜内仪表显示的测量电流参数从每台机组对应的高压开关出线柜电流互感器二次侧采集,电压参数从高压计量柜的电压互感器采集。
软启动装置参数的设置
针对本工程机组特点,厂家设备暂定设置启动时间为20秒,并对主回路电流参数设定整定值。在启动时间内,电机主回路经过液阻装置,实现软启动过程,同时综合保护器对回路电流参数进行实时监测。当在启动时间内,主回路电流降至设定值以下,软启动控制程序默认启动过程结束,软起装置自动撤出运行,旁路电源回路接通,机组进入正常运行状态。当在启动时间内,监测的电流值大于设定值,控制程序判定机组启动失败,主回路分闸。
设备厂家根据经验,在液态软启动装置柜出厂时初步设定启动时间及电流设定值。待水泵机组进入调试阶段,根据各台水泵电机现场情况,对原设定值作出修正,使其更加满足工程的实际需要。
无功补偿装置设置
根据电机铭牌所示,在额定负荷下,电机的功率因数为0.835。低于规范对高压用电负荷功率因数应达到0.9的要求。
根据工程计算,QC=PC(tgΦ1-tgΦ2),QC=900×(tgcos-10.835-tgcos-10.9)=157.2×0.175=157.2kvar。由厂家设备资料选型,采用150kvar(10.5kV)电容补偿装置。
高压无功就地补偿装置利用熔断器作为设备短路保护,与电动机同步投切。柜内安装电抗器,过滤谐波。

电机控制流程
泵站控制系统按照“无人值班、少人值守”的原则设计。整个控制系统采用分层分布式结构,由集中监控层和现地控制层组成。现地控制系统一般在设备安装调试或检修阶段实现。在泵站正常运行时,厂区各设备的监测控制均通过中控室的集控系统实现。
机组及其辅助设备控制配合均由LCU屏的可编程控制器PLC实现。水泵机组开机前,集控系统会判断各种采集的监测(控)设备的状态量是否满足开机条件(进水闸门“开”状态、电动蝶阀“开”状态、进水口水位满足等)。水泵机组的启闭由电动机与出水口液控阀共同配合实现。
当程序判断各类条件满足要求时,管理人员点击电脑界面“开机”,主电源合闸,水泵电机启动运转。电机启动过程结束,达到额定转速,水泵出水口的液控阀延时(该过程设定时间值为10~15秒)打开,管道通水。
关机时,流程设定:管理人员点击电脑界面“关机”,出水口液控阀快速关闭(前5秒关闭75°,其余10秒内完成),主电源延时(10~12秒)分闸断电,水泵机组停机。
启动实例
09年6月某天,珠江前航道涨潮,泵站前池水位基本满足开机条件,1#~5#机组依次开启试运行,在各液态软启动装置柜上触摸显示屏记录机组启动参数见下表:
序号名称启动时间(t)启动电流(It)
运行电流(I)
11#19秒80~90A44~64A
22#18秒80A47~49A
33#18秒70~80A49~63A
44#18秒80A52~56A
55#18秒80A49~55A
设备电压9.9~10.3kV源于：7彩论文网毕业设计论文www.7ctime.com
高压无功补偿电流8.2A
上述数据均为液态软启动装置柜上触摸显示屏的手抄记录值。现场观察,5台机组启动电流最大为92A。其中对3#机组启动电流曲线图的实际观察,在电机启动6秒左右,监测电流已降至设定值以下;4#机组为8秒。
由于当日进水池水位未达到最佳抽水水位,5台机组该日试运行未能实现满负荷运转,运行机组电流均未达到额定值。
从该日机组启动数据看,该泵站的5台液态软启动装置基本实现高压电机的平稳启动,启动电流约为运行电流的2~3倍。
在泵房观察机组启动时状态,机组启动时空载运行声音很大,个别机组出现微振动。待液控阀打开,管道充满水,运行声音平稳。
出现问题
泵站经过一段时间试运行后,现场运行人员报告3#、5#液态软启动装置柜论文导读：
出现故障,导致对应水泵电机无法开启运行。经现场查看,发现3#、5#液态软启动装置柜内的电解质液体因水汽蒸发,水位标尺水位过低,液位变送器输出故障信号,致使集控系统判定该水泵机组不满足开机条件。
同时,由于液态软启动装置用来作为基准的电压值、电流值均从高压柜取得。当信号传输线路较长并与高压线路在同一电缆沟内敷设时,电压、电流模拟量信号容易受干扰,造成数据失真,影响水泵机组的平稳启动。
在水泵机组启动及出口液控阀打开的两个过程,由于各自整定时间设定出现偏差,在个别机组启动及液控阀延时打开时,对应机组出水管道安装的压力变送器监测的压力值过高,造成事故跳闸,紧急停机。
解决办法
根据液态软启动装置柜的工作原理,液态电阻(电解质液体)内的水分会因设备或线路的发热而自然蒸发,致使液态电阻的物理性质发生变化,影响启动时液态阻值的稳定性。建议设备厂商增加液态软启动装置电解质液体容器水位过低的报警信号并接至泵站报警系统(此时液位仍满足开机条件),及时提醒管理人员在停泵状态时补充容器内的水分;并规定正常溶液的有效期,超过期限应更换容器内的所有电解质液体。
在液态软启动装置柜内装设独立的电流互感器,自行测量回路的电流参数,确保启动时回路内电流数值的准确性。
根据现场试运行的记录,液态软启动装置柜设定的启动时间略微减少。调整液控阀的启闭时间,两段启闭。前一段为快速动作,确保在满足水泵电机空载启动至带负荷的过程中,不会出现电机超功率的现象。开机时快速动作一般为13秒全打开。
结语
随着电气技术的发展,电机软启动装置技术日益成熟。设备产品种类繁多,工作原理各异。选择何种软启动设备应根据工程的实际情况(电机类型、启动频率、工程造价等因素)综合考虑确定。针对该补水泵站的工程要求,液态软启动装置可以满足其功能的需求。
参考文献

1、《工业与民用配电设计手册》(第三版)中国电力出版社,2005