晶闸管高压软起动器在水利工程中的应用

张志鹏

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摘要：高压软起动是一种被广泛应用于电力系统的新技术。高压软起动器在水利工程中具有使用方便，运行可靠，体积小，重量轻，因此，在实际工程应用中，可以根据用户的具体情况来选择不同类型的软起动装置。可控硅高压软起动器主要用于大型水电站及水利水电工程，具有启动速度快、启动电流小、噪声低等特点，在水电系统中得到了广泛的应用。介绍了可控硅高压软起动器的工作原理、可控硅高压软起动器的优缺点和应用实例。

关键词： 水利工程；高压软管起动器；晶闸管

引言

水利水电工程建设是国民经济发展的重要组成部分，是促进经济发展的重要基础设施。由于水利水电工程建设规模大、施工技术要求高，因此对水利工程项目实施过程中的安全、质量、进度等管理要求较高。在水利水电工程中，高压电机驱动设备种类众多，其中电动机驱动设备有发电机驱动设备、水泵驱动设备等。不同类型电机启动方式不同，会对水利水电工程的正常运行产生影响，需要重点考虑。

一、工程概况

某水利工程中，共有8台水泵，其额定压力为0.48 MPa。水泵的起动方式分为两种，一种是直接起动方式，另一种是间接起动方式。直接起动方式的控制原理如图1所示。电动机启动时，先接通主电路，使电动机接通电源后，再通过晶闸管的通断作用将电网电压降至设定的数值上。当起动到设定值时，晶闸管会自动关断，然后将电机从电网上拖走。电动机在起动过程中，先通过晶闸管的通断作用使电网电压升至设定值上，再通过软启动器启动电机。通过这种控制方式，电动机从电网上拖走时，不会产生冲击电流和过电压现象。

由于3台水泵是24V电机设备，因此在采用直接起动方式时无法满足启动要求，需要采用软起动器来进行启动。

二、软起动器原理

晶闸管软起动主要是利用可控硅来实现稳压，但单一可控硅无法满足大容量电动机的耐压需求。在3 KV以上电压系统中，通常使用的是多只可控硅串联方式（在每个桥臂上有3~4个可控硅串联），可控硅交流调压器是通过改变可控硅的导通角，来实现电机电压的平稳升降和无触点通断，并且可以按照负荷情况来对起动电流进行设定。可控硅软启动技术具有体积小，结构紧凑，维护量少，调整快，启动可重复，保护完善等优点。但是，目前可控硅的软起动主要存在着三个或四个可控硅串联在一起，对同步触发和可控硅的耐压性有较高的要求，且存在较大的谐波。

晶闸管软起动器是一种具有高电压等级、大功率输出的新型电机控制设备。它以其控制精度高、稳定性好、无级调速，性能价格比高等优点而在水利水电工程中得到了广泛的应用。它可以分为接触器控制和晶闸管控制两种模式。

接触器式软起动器是利用电磁换向原理，利用电抗器等作为换向器，从而实现晶闸管的可控关断，将电机起动电流控制在最小值，以达到降低起动电流的目的。晶闸管软起动器主要有三种结构：磁控晶闸管（MCT）结构、感应式晶闸管结构和可控硅结构。其中感应式晶闸管主要应用于高压电机起动设备，通过感应线圈产生交变磁场，使得三相交流电桥产生一个可控的交流电压。可控硅结构主要应用于电机软起动设备，通过控制其导通角可以实现电机的平滑起动。

三、控制方案

在水利水电工程中，电机的启动方式有很多种，包括直接起动、恒压起动等。对于水泵电机和发电机的启动方式，一般采用降压起动方式。对于水泵电机，可采用晶闸管软起动器进行控制。通过控制晶闸管软起动器的输出电压，可以控制电机的启动时间和启动电流，实现电机的快速平稳启动。

本文所述案例，采用三相异步电动机作为水泵电机的驱动设备。电机在定子上布置4根三相电源线和3根相线。由于水泵电机转速较高（最高可达8000r/min），因此在启动过程中，需要增加一个晶闸管软起动器控制其软启动过程。经现场试验表明，此方案较为合理有效。

四、系统配置

在水利水电工程中，各种电机种类繁多，对电机启动性能要求也不尽相同。通常情况下，水利水电工程中的电动机设备较多，并且经常是高电压、大电流、大功率。如果用传统的机械方式起动，不仅会造成电能浪费，而且会对电网产生较大冲击。在实际工作中，可以考虑用晶闸管软起动器替代机械起动设备，这种方式具有如下优点：

1)与机械起动设备相比，晶闸管软起动器不仅能够减少电能浪费，还能减小冲击电流对电网的影响。晶闸管软起动器具有多种工作模式：自举、旁路、晶闸管全控等模式。如果采用自举模式启动时，可以根据电机需要来设置软起动参数，这样不仅能够充分利用软起动器的优势，还可以实现电网的无冲击过渡。在实际应用中，采用自举模式启动时，如果电机负载较重时，可以采用旁路模式启动；如果电机负载较轻时，可以采用晶闸管全控模式启动。

2)晶闸管软起动器相较机械起动设备而言体积更小、重量更轻、效率更高。在实际工作中可以根据不同的应用场合选择不同的软起动器。如果在工程建设初期进行设备选型时，需要考虑到晶闸管软起动器的安装位置；如果工程建设初期需要进行设备调试时，则需要考虑到晶闸管软起动器的调试操作空间。

3)在工程建设过程中可以根据实际情况来确定电机功率和电机类型；如果需要对电机进行无级调速运行时，可以采用晶闸管软起动器来分别控制各个不同功率段的电机。

五、软起动器应用中应注意的问题

在水利工程中，由于环境温度和工作压力等因素的影响，电机通常是通过直接起动、变频启动等方式来进行启动的。其中，变频起动是通过在电机内部加装晶闸管来实现的，能够降低电机对电网电压波动的敏感性，对电网保护起到一定作用，同时可以节约电能。但是，晶闸管软起动器在使用过程中也存在一些问题，如设备故障率较高、成本投入较高等。针对这些问题，在实际应用中应该重点注意以下几个方面：

第一，晶闸管软起动器的应用要结合水利工程的具体情况进行选择，由于设备运行过程中会受到环境温度和工作压力等因素的影响，因此在设计时要充分考虑设备运行时的实际情况。

第二，晶闸管软起动器只适用于变频起动方式，不能用于降压起动和直接起动方式。

第三，晶闸管软起动器在进行起动控制时应采用两相以上接线方式。

第四，软起动器还可以采用无触点磁控开关（接触器）和交流接触器相结合的方式实现起动控制。

第五，晶闸管软起动器可以用于对电动机进行长时间断电使用。

结语

随着晶闸管软起动器在水利工程中的广泛应用，其不仅能够控制电机，还具有体积小、容量大、控制简单等优点，所以越来越受到人们的重视。但是，在应用过程中，还存在一些问题需要解决，比如由于晶闸管软起动器价格相对较高，所以在应用过程中会存在成本较大的情况，另外如果系统保护措施不到位，也会导致成本增加。为了提高晶闸管软起动器在水利工程中的应用效果，应该加强对晶闸管软起动器的维修管理工作，需要定期对晶闸管软起动器进行检查和维护工作。另外还应加强对水利工程技术人员的培训工作，提高水利工程技术人员的专业技术水平。

参考文献

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