软起动技术在油田注水站的应用_4

1 引言

　　目前油田注水站水泵电机，大都还是沿用传统的y/△起动方式起动，即起动时采用星形接法，起动电压220v；起动完毕后再切换成三角接法，运行电压为380v。这种起动方法优点是设备简单、投资少。缺点是，在起动时二次电流在y/△切换过程中，由于瞬变电势和电动机剩磁产生的电势往往与电源电压有相位差，产生电位迭加，严重时迭加电流甚至高达（10～12）ie，引起过大的冲击电流和电磁转矩，造成对电网的冲击，极易损坏设备。因此导致设备故障率高，需要经常维护，造成人力物力的浪费，防碍生产的正常进行。油田注水站电动机功率多为110kw和185kw的大功率设备，运行时间长，其注水耗电在油田开发用电中占有很大的比例，因此电机的起动及运行中的节能问题倍受关注。为了有效克服了传统y/△起动方式的缺点，新型电子式软起动节能产品应运而生。软起动可以避免电机启动对电网冲击，有效保护电机及相关的电器、机械设备免受强大的电磁扭力，延长其使用寿命，减少维护费用，提高运行的可靠性。软启动节能柜就是其典型产品，利用软起动节能柜不但能提高运行设备的功率因数，还能做到节电和实现恒压力注水。

2 新型电子式软起动原理及应用

　　随着电力电子技术和微机控制技术的发展，国内外相继开发出一系列电子式起动控制设备，用于异步电动机的起动控制，取代传统的y/△起动、自耦变压器降压起动等降压起动设备。这种新型电子式软起动器［1，2，3］的主回路一般采用晶闸管调压电路，调压电路有六个晶闸管，两两反向并联组成，串联于电动机的三相供电线路上。当起动器的微机控制系统接到起动指令后，便进行相关计算，输出晶闸管的触发信号，通过控制晶闸管的导通角，使起动器按所设计的模式调节输出电压，达到控制电动机的起动过程。当起动过程完成后，起动器将旁路接触器吸合，短路掉所有的晶闸管，使电动机直接投入电网运行，避免了晶闸管产生谐波对电网污染，同时也节省了电能。软起动器的控制原理图如附图所示。

　　所谓软起动，实际上就是按照预先设定的控制模式进行的降压起动过程。目前的软起动器根据不同的应用场合，常用的软起动方式有以下几种类型：

　　（1） 限流软起动

　　限流起动顾名思义就是在电动机起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值（imax）的起动方式，其输出电压从零开始迅速增加，直到其输出电流达到系统的预设电流限值ie。这是一种闭环起动方式，如果设定值选定正确，这种软启动方式不仅需要的起动功率小，而且对起动器本身也有很好的保护作用。

　　（2） 双斜坡软起动

　　目前重载系统起动的主要方式是电压斜坡起动。电压斜坡起动的输出电压是由小到大斜坡线性上升，其优点是将传统的有级降压起动变为无级起动，启动过程比较平稳。但是因为其起动转矩小，起动时间过长，电机转矩特性呈抛物线型上升，对电机和起动过程都不利。针对这类重型负载系统，可将电压斜坡起动改为双斜坡软起动方式。双斜坡软起动的特点是：输出电压先迅速升至为电动机起动所需的最小转矩所对应的电压（u1），然后按设定的速率逐渐升压，直至达到额定电压。这种双斜坡软起动的初始电压及电压上升率可根据负载特性调整，起动时间相对较短。

　　（3） 转矩控制软起动

　　转矩控制的软起动方式是按电动机的起动转矩线性上升的规律控制其输出电压的一种软启动方式，它的优点是起动平滑、柔性好，对拖动系统有利，同时对电网的冲击小，是最优的重载起动方式，缺点是它的起动时间较长。

　　（4） 转矩加突跳控制起动

　　转矩加突跳控制起动与转矩控制软起动一样，也是用于重载起动的场合。与转矩控制软起动不同的是，转矩加突跳控制方式是在起动的瞬间采用突加转矩，以克服拖动系统的静转矩，然后转矩平滑上升，缩短起动时间。这种软启动的缺点是突跳会对电网发送尖脉冲，干扰共网负载，所以使用这种启动方式应特别注意对电网的冲击影响。

　　（5）软起动器可以实现系统的软停车或制动停车。软停车可消除拖动系统的反惯性冲击，用于水站则可克服水泵的水锤效应；而制动停车则在一定场合代替了反接制动停车功能。

3 软起动节能柜在油田恒压注水系统的应用

　　恒压注水是油田开发的基本要求，可以使注水泵运行在最优状态。目前油田不少注水站为了解决恒压注水问题，普遍选用变频器来完成这一工作。变频器虽然可以做到恒压注水，但是变频器造价昂贵，且在其运行中产生大量谐波，造成对电网的污染。本文介绍的软起动节能柜可以解决油田恒压注水这一难题。该节能柜采用了国际上最先进的电子息弧器制成内置旁路软动器。其最突出的优点还在于其软起动器节电单元采用国际上最新电磁补偿原理和电力电子控制技术，可根据用电参数的变化自动调整励磁绕阻的电流，从而改变主回路阻抗，有效控制浪涌电流、瞬变及谐波的产生，优化供电参数，降低多余有功输出，改善供电品质，提高用电效率。另外，该节电单元只要在输入接口输入设定好的注水压力信号，电磁补偿器的主绕阻电流就受控于压力信号，根据设定压力输出对应的功率，做到压力大时自动回调注水压力，压力小时加大注水压力，从而实现自动恒压力注水，而且节能效果显着，以110kw注水站水泵为例测算节电率11.7%，日均节电280.8度，月节电8424度。

4 结束语

　　传统的降压起动设备，起动效果差、并且有二次电流冲击、故障率高、损耗大，但其投资省、结构简单、只适合于小功率、起动性能要求不高的场合。而新型的电子式软起动器，除了具有较好的起动性能，起动参数可调可控，在一定程度上解决了起动设备的起动冲击问题，而且还具有显着的节电效果，节电率可达5%～20%。现在软起动器因其优良的起动性能，已经越来越受到用户的青睐；特别是近几年，随着电力电子技术的发展，新型软起动技术和产品已经逐渐成熟，被广大用户所接受。