引言：

　　我國低壓軟起動器（400V）目前有一百多家制造廠，高壓軟起動器（3kV、6kV、10kV）亦有十多家制造廠，然而高壓大功率（幾千瓦至幾萬千瓦）制造廠屈指可數了。我公司因客戶需要于2010年四季度試制成功首臺10kV20000kW高壓大功率軟起動器，已交用戶，不久投入運行。

　　0引言

　　我公司首臺10kV20000kW固態軟起動器，經半年來從設計、制作、調試已進入完工階段，不久可進行現場調試，就可投入運行了。這樣高電壓大功率的軟起動器，對我公司還是首次。

　　1軟起動器的用途

　　近年來軟起動器使用面不斷的擴大，對類似大型風機、水泵、空壓機、攪拌機、球磨機等在使用過程中，由于生產工藝決定，既不要調速，又不要節能，但必須用軟起動器的功能來實現軟起動，所以各制造單位就應運而生，業務亦不斷地擴大。我公司亦在其中，毫不例外，除了銷售量遞增外，品種要求在不斷提升，功率亦在不斷增大，前景十分美好。

　　當有下列情況時必須使用軟起動器：

　　（1）正常運行不具有調速和節能的要求；

　　（2）電動機功率大，在起動時造成主變壓器的輸出電壓降≥10%UN；

　　（3）設備不允許受沖擊，否則對產品質量產生不良后果；

　　（4）設備或負載工況條件不允許直接起動或其它方式起動；

　　（5）中大功率電動機，起動過程能量損失可觀，需要減小；

　　2電子式智能軟起動器

　　隨著電力電子技術和微機控制技術的發展，國內外相繼開發了一系列電子式軟起動器，其原理圖如圖1所示。（為低壓380V的原理框圖，當電壓1-10kV時，只是主電路連接有變化，其它類同。）

　　圖1電子式軟起動器原理

　　圖1中各環節分析如下：

　　（1）主電路一般都采用晶閘管（SCR）調壓電路。調壓電路由6只晶閘管組成，每相2只反并聯，串接于電動機供電線路上。當軟起動器的微處理器CPU控制系統接到起動指令后，便按軟件程序進行計算，輸出晶閘管的觸發信號，通過控制導通角使軟起動器按選用起動模式調節輸出電壓（或電流），實施被控制電動機的起動過程。起動完畢后，旁路接觸器吸合，短路所有晶閘管使電動機直接投入電網運行，投入正常工作狀態。

　　（2）驅動電路是由CPU的輸出信號，控制分配電路輸出脈沖信號，控制6只晶閘管，以改變導通角方式來調節輸出電壓（或電流）。

　　（3）微處理器CPU：可采用80C196MC電動機專用控制芯片，晶體振蕩頻率為12MHz，軟件自制研制開發的。

　　（4）電壓檢測：實時測電壓，并提供電壓的信號。

　　（5）電流檢測：實時側電流，并提供電流信號。

　　（6）鍵盤、顯示器：6個按鍵以便面板操作，2x16LCD，顯示有8個狀態信號燈。

　　（7）通信接口：具有標準的RS-232C、RS-485串行接口，支持Modbus或Profibus-DP協議，可與上位機相連，并可遙控、遙測、狀態顯示等。

　　3軟起動控制模式

　　（1）限流起動見圖2（a）

　　限流起動電流不超過某一設定值（Im）。主要用在輕載的減壓起動，并保持輸出電流≤Im條件下，逐漸升高電壓直到額定電壓（UN）。使電動機轉速漸升直到額定轉速（nN）。優點是起動電流小且可調，對電網電壓影響小；缺點是起動時難以知道啟動電壓，起動時間較長。

　　（2）電壓斜坡起動見圖2（b）

　　電壓斜坡上升可一級或兩級，或是均勻無級的，可用在中載或重載起動機的。缺點是起動轉矩小，轉速呈拋物線上升，起動時間長。

　　（3）轉矩控制起動見圖2（c）

　　主要適用于重載，轉矩線性上升。特點是起動平滑、柔性好。但起動時間較長。

　　（4）轉矩突加起動見圖2（d）

　　適用于重載大慣量負載。轉矩突加先克服靜轉矩，再平滑上升，以縮短起動時間。轉矩突加有沖擊，選值要適當。

　　（5）電壓控制起動見圖2（e）

　　適用于輕載，在保證壓降前提下，能獲得最大的起動轉矩。盡可能縮短起動時間，對輕載軟起動是最優的。

　　圖2各種軟起動器波形圖

　　4停車方式

　　（1）自由停車：停車時間長。

　　（2）軟停車：消除拖動系統的反慣性沖擊，即水錘效應，對水泵尤為重要。

　　（3）制動停車：能快速停止，替代反接制動——用直流制動。

　　5高壓軟動器原理框圖

　　圖3高壓軟動器原理框圖

　　6操作面板及觸摸屏

　　HPMV-DN操作面板，操作方便，可以快速、持續進行監控，良好的可讀性，菜單設計，維護便捷。根據具體應用，最主要的參數在出廠前已預設好。個別參數，客戶可以通過良好的用戶操作面板很容易的進行設置。

　　操作面板上安裝有：

　　·LCD-顯示器

　　·兩行顯示，每行可背光顯示16個字符

　　·默認語言：中文（英語）、德語、法語、西班牙語

　　·8個LED快速狀態顯示

　　·6個按鍵，菜單設置，內置出廠參數

　　圖4操作面板

　　界面功能

　　·工作電流及曲線

　　·工作電壓

　　·工作狀態指示及綜合信息

　　·故障顯示及查詢

　　·起停及復位操作

　　·歷史信息查詢

　　圖5功能界面

　　7HPMV起動器組成

　　軟起動器由兩大部分組成：

　　（1）高壓部分：高壓器件在高壓內艙，主要包括高壓晶閘管組件，EVT-TX（電壓信號發送器），電流互感器，觸發板，旁路開關等。

　　高壓艙見圖7，在柜體的后部。將前門和低壓艙開啟后，有一透明有機玻璃防護板，透過此板可見高壓器件。柜體后門采用螺栓固定，松開螺栓后移開柜門就可見高壓器件。

　　（2）低壓部分：低壓器件在低壓艙內，主要包括主控電路。EVT-RX（電壓信號接收器），信號變換器，設置單元，輸入輸出單元，電源等。

　　低壓艙見圖6、7，在柜體的前部，將前門開啟后，可見低壓艙室。低壓艙與高壓部分采取了安全隔離措施，調試時高壓帶電時可開啟低壓艙門，工作期間不要開啟艙門！

　　對本產品分三個柜體：高壓進線柜，控制器件柜，高壓旁路柜。

　　圖6主控制器室圖

圖7開啟的低壓艙室（后倉高壓）

　　810kV20000kW固態軟起動器技術亮點

　　圖8高壓晶閘管串聯組件

　　1）對10kV20000kW的高壓大功率軟起動器來說，它的主電路必須采用多個SCR串聯以提高使用電壓，多個SCR并聯以提高運行電流，經研究計算，我公司選用每相二組，每組五個串聯SCR，二組反向并聯方式，選用器件是國內一流廠商提供的。每個SCR的常態工作電壓UDSM=6500V，平均電流IT(AV)=3460A，見圖8所示，經這樣的方式處理后能滿足靜態和動態的電壓和電流的要求，并經對方認可的，所以可放心的投入運行，產品質量符合德國ABB公司的技術條件，一組5個SCR，一相10個SCR，三相共30個SCR。

　　2）電子器件既要考慮靜態，又要考慮動態，才能滿足正常的使用要求，兩者缺一不可的，經計算獲得電壓的過壓能力是3.25倍，電流的過載能力是2.34倍，并經對方認可，靜態和動態滿足使用要求的，所以可放心的投入運行。

　　3）由于每組有5個SCR相串聯必須考慮靜態和動態均壓問題見圖8所示，此圖中RP是靜態均壓電阻，R0C0是動態均壓阻容積分吸收電路，取適當值后可解決靜態和動態的均壓問題。

　　4）信號同步觸發對串聯SCR是個重要問題，即5個SCR要同時觸發，否則早觸發的SCR造成晚導通的SCR過電壓，嚴重時有電擊穿的可能性，因此，觸發信號要同步。按以往經驗，采取一個脈沖源，經多路光纖傳導，共5個SCR的G極需要，其時差在µs量級，滿足使用要求的。同時增大觸發時的電流及di/dt也有助于觸發同步。

　　5）在電壓采樣環節采用電子電壓變送器EVT-TX（發送）和EVT-RX（接收）二部件組成信號以光纖方式傳送，目的是高低壓隔離為安全，防止干擾，信號穩定，可一定距離的輸出三相120V，采樣速率10kps，線性度好，精度高，無移相。

　　6）電動機一相對地絕緣監測儀是在離線狀態下，實現自動監測，并顯示絕緣電阻值大小，當低于設定值時，會自動報警提示，并自動記錄以備查閱，量程60MΩ，是高壓大功率的電動機的絕緣電阻值監護好幫手，可供用戶使用。

　　7）進線隔離開關選用高壓真空斷路器，旁路開關選用高壓真空接觸器，都是永磁操作機構，工作可靠性高達10萬次，是國內名牌一流產品提供用戶的。

　　8）箱體是防銹鋼板制成的，寬敞的進風、排風出口及風道，提供足夠散熱條件，使元器件溫升在允許值之內，保證安全、可靠地運行。

　　9）目前公司內尚未建成電機測試基地，尤其是高壓大功率的電動機。但中小功率電動機測試室早已投入工作，雖然這樣，我們對10kV20000kW軟起動器亦仍然做了低電壓大電流的負載試驗，在有關測試參數合格的前提下，才轉送給用戶的。

　　10）為防止使用場地的環境過濕過潮，要影響高壓軟起動柜內電氣元器件，在用戶有必要可裝置露凝控制器及電加熱器，可供用戶選取。

　　總之，以上10點是我公司生產的10kV20000kW軟起動器的技術上亮點，再有近10年的軟起動器生產經驗和技術上的成熟條件。所以說和平軟起動器已經達到“國內領先水平，與國外一流并進”語不過言吧！

　　9保護功能齊全

　　10性能及參數

　　1）控制模式：突跳起動、電壓斜坡、恒流、轉速控制（選配）。

　　2）起動方式：軟起、直起、軟停、自由停止。

　　3）操作方式：本柜、外控、通訊遙控（選配）。

　　4）通訊方式：RS-485接口，Modbus協議或其他（選配）。

　　5）模擬輸出：電機工作電流，信號為0-10V或4-20mA。

　　6）初始電壓：10%~50%Un(可擴展為5%~80%Un)。

　　7）限流倍數：100%~400%In(可擴展到400%In)。

　　8）起動、停止時間1~30S（可擴展到90S）。

　　9）起動突跳：電流，70%-700%In（突跳時間0~10S時）。

　　10）參數設置：1—控制面板按鍵，2—后臺通訊設置。

　　11）液晶顯示：工作電流、起動次數、運行時間及故障信息等參數，默認語言：中文、英文、德、法、西班牙。

　　12）噪音：<80db

　　13）連續起動間隔：在環境溫度大于40℃，起動電流大于400%In時，間隔不小于30分鐘。當溫度較低和軟起動電流相對較小時，可適當減小間隔，但至少為15分鐘。

　　14）冷卻方式：自然冷卻。

　　15）操作電源：AC220V/50Hz600VA（特殊要求需另提出）。

　　16）主回路工頻耐壓：42kV/1分鐘。

　　17）保護模式：復合。

　　18）防護等級：IP42（有特殊要求時可選IP45）。

　　結束語：

　　通過本文10節的介紹，已將有關高壓大功率軟起動器從原理、構成、特點、使用各方面進行論述，從文中可得知較為全面系統的技術知識和內情了解，為廣大讀者和業界人士踏進這個領域作個指引。

　　作者：張選正——高級技術顧問索肯和平（上海）電氣有限公司研發所

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