高压电动机热变电阻软启动器在京博石化焦化风机上的应用

梁晨明 张子平 魏建明

引言：介绍了高压热变电阻软启动装置的工作原理、启动特性及应用。该产品主要用于大型电动机的降压启动，它具有启动电流小、母线压降低、功率因数高等优点；与高压变频软启动相比，它具有性价比高、高次谐波少等优点。该产品在我公司3600KW焦化风机上得到成功应用。

一、概述

随着冶金、石油化工等许多行业生产能力越来越大，其单机容量的不断增加，其生产设备的驱动电机也越来越大，而普通笼型异步电动机在空载全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的5～7倍，当电动机容量相对较大时，该起动电流将引起电网电压急剧下降，同时对电机本身产生很大的冲击，这样大型电动机的软启动问题就作为一个重要的课题被提出，各种各样的软启动技术应时而生。高压热变电阻降压软启动技术是其中最重要的也是最成功的技术之一，已逐步为市场所接受。现着重对该技术的技术现状及展望作个简单的介绍。

二、热变电阻原理

谈到热变电阻器，人们很容易联想到温度敏感电阻器等，其实，金属电阻材料的电阻特性一般呈现正温度系数变化。半导体材料的温度特性是负温度特性。

电解质在水中的电离是比较复杂的，离子存在也是多种多样的，有单个阴、阳离子存在，也有多个阴、阳离子与水分子等吸附在一起形成的离子团。离子团的存在是影响电解液导电的一个重要因素，它使很多单体离子失去独立的载流作用。离子团的存在受温度的影响，当温度逐步升高时，离子团破坏，释放出单体自用离子和离子团，导电能力增强强，呈现明显的负温度特性。

通过研究这种电解液体有以下明显的特点，可以利用：

1、导电为液体材料，可以流动，可以自循环，可以根据需要制成各种导电结构形状，可大可小；

2、水溶液比热率大，因而可以根据需要制成各种大容量电阻器；

3、具有明显的负温度电阻特性；

4、物理-化学性能稳定，重复性强，耐久性好，性能稳定；

5、成本低廉，不消耗贵重金属，属绿色环保产品，无三废排放；

因为具有以上显著特点，使得电解液体具有广泛的应用，利用高压热变电阻制成的高压大型电动机降压启动器就是其中重要应用之一。

三、高压热变电阻软启动装置

高压热变电阻启动器是利用上述理论解决大型高压电动机的软启动问题而开发的新产品—高压大容量热变电阻。它由开关柜壳体、液箱、热变电解液、电极及导流机构等组成。

在电动机启动时，将该电阻器串入电动机的三相定子回路中，实现电动机降压启动，当电动机启动时，电动机的定子电流流过热变电阻器从而使电阻体发热，温度逐步升高，电阻逐步下降，在电动机启动电流基本恒定的情况下，电动端电压逐步升高，从而使电动机转矩逐步增大，实现电动机的平滑启动。

热变电阻的导流机构的另一个作用就是快速将高温导电液体导出，使有效电阻区域内的液体快速降到常温，以便下一次启动。

采用高压热变电阻器实现降压启动的电动机有以下的新著的启动特性：

1、恒电流软启动特性 在电动机启动过程中，电流基本保持不变，数值可以保持在2.5Ie以下，且具有显著的软启动特性；

2、启动过程系统功率因数高且接近恒定 一般采用热变电阻降压启动的电动机系统功率因数都在0.8以上，且整个启动过程接近恒定不变；

3、母线压降小 由有上述1、2特性，使得电动机在启动时对电力系统的影响降到最低，母线电压降在5%左右；

4、电动机启动平稳无冲击 电动机的启动转矩由小到大逐步增高，因而使机械设备启动平稳，无冲击、无啸叫声，且机械能平稳超越谐振转速，使机械设备免受损害；

四、应用情况介绍

我们山东京博石油化工有限公司于2007年100万吨/年焦化装置新上6KV 3600KW引风机1台，主电动机启动设备选用了HTR1-Y型高压热变电阻软启动装置，引风机电动机主要参数如下：P=3600KW， U=6KV，I=410A。

这台风机的电动机是我公司目前最大的一台电动机。大功率的电动机的启动电流很大，启动瞬间对电网的冲击更大，对电网和机械的冲击所带来的危害很大，这是我们最为关心的问题。我们公司6KV主配电室的进线电缆有600多米长，已经运行5年多，是瓶颈式的薄弱环节。同时线路也是其他主要装置的供电线路，根据线路供电参数，经过理论计算后，若采用传统的启动设备，线路承受不了如此大的启动电流，600米长的电缆线将成为事故的高发段。同时势必影响同一供电线路的其他在线设备的安全运行。如果更换电缆，将投资75万元，而且施工难度较大。我们选用了一台容量为4000KW的热变电阻软启动装置，作为这台大电动机的启动设备。

该启动设备经过多次试车启动及实际运行启动，无论是启动电流还是线路压降，均达到了设计要求。

这台设备从安装调试和近一年的使用情况来看，主要有以下特点：

1、启动电流小，测的实际启动电流在1000左右，说明在启动过程中具有一定的节能效果，并改善启动特性。

2、电网压降小，电压控制在5%左右，可见启动时对电的冲击在理想的范围以内；

3、启动平稳，启动电流平滑，冲击相当小。

4、一次性投资少；

5、无需维修，由于启动装置的热容量大，对启动设备无损伤，所以安全可靠，基本无需维修。

五、社会效益

高压热变电阻的研制成功，尤其是超大容量产品的成功研制和产业化的实施，为我国大型电动机的启动提供了一种经济可靠的启动方式选择方案。

（一）节约一次性投资和维护成本

1、高压热变电阻器本身造价低，控制系统简单，总体直接投资在高压大型电动机各启动方案中是较经济的一种方式，相比进口的变频器更显价格优势，只是同能进口设备的1/8-1/5。

2、节约长期技术性投资 该方理论成熟，结构简单，性能稳定、运行可靠、基本免维护，一般的技术工人通过培训后就可以满足使用和维护的需要

（二）节能

1、如前所述，采用该启动方案可以大大降低电动机启动对电力系统的要求，降低电力变压器运行损耗，节约运行成本。

2、由于传统的电动机启动方案存在许多技术问题，比如在启动时，容易烧电机、易造成电网压降大，影响系统负荷的运行，或者谐波严重等，采用了热变电阻降压启动后。

针对上述的要求，为解决年内启动2-3次，高压热变电阻启动器投资少、使用簡单、稳定性好，占较大的优势，值得推广。

参考文献

[1]热变电阻器〔余龙海〕北京大力浩然工业控制技术有限公司.

[2]热变电阻在鼠笼电动机中的应用〔肖宝林〕 湖南湘潭钢铁集团公司.

（作者单位：山东省博兴县京博石化东区项目部）