高压电机水电阻软启动装置的应用

刘赫

摘 要：采用水电阻软启动装置能将启动冲击电流控制在最小范围，保证最佳启动转矩，使启动成功;其最大优点在于可调性好，水电阻容量大，不会因为启动次数的频繁而烧坏，既能降低运行和维护费用，又能保证安全生产。本文对高压电机水电阻软启动装置的应用进行了探讨。

关键词：高压电机;水电阻软启动装置;应用

1 水电阻软启动装置的工作原理

水电阻软启动是靠溶解在水中的电解质离子导电的，电解质充满于两个平面极板之间（即水电阻的两个电极），构成一个电容状的导电体，既能降低电动机的启动电流，又能使電动机获得较大的端电压，且提高启动时的功率因数，所以能使电动机全负荷平稳启动。在电机起动电流基本恒定的情况下，电动机端电压逐步升高，从而使电机起动转矩逐步增大，实现电动机的平滑起动。

1.1水电阻阻值的计算

水电阻阻值的最佳配置是控制适宜的起动电流及使电动机能正常起动的关键，根据实际应用而归纳的参考公式为

RS=1.01UE/（1.73×2.5IE）（1）

式中，RS—每相水电阻配置的最大电阻;UE—电源线电压;IE—电动机的额定电流。根据电机的参数代入液阻配置式（1）

RS=1.01×11000/（1.73×2.5×1000）=2.57Ω

即三相水电阻每相配置最大电阻为2.57Ω左右时电动机能达到最佳起动状态。

1.2水电阻启动特性及优点

采用水电阻软启动的电动机有以下显著的起动特性及优点。

1.2.1恒电流软启动特性

在电机起动过程中，电流基本保持不变，数值在2.5～3.5IE左右，且有显著的软启动特性：启动电流恒定，一般在2～3倍额定电流。电动机在起动过程中，等效电阻是随着转差率s的减小而增大。在起动时，s=1，而X和R2/s都非常小。因此直接起动时电流很大（5～7倍额定电流）。当在定子回路串一可变的电阻时，回路总电阻在区间0.1

1.2.2起动过程中系统功率因数高且接近恒定及母线压降低

一般采用水电阻降压起动的电动机系统功率因数都在0.8以上，且整个起动过程接近于恒定，母线压降低。由于上述特性，使电机起动对电力系统的影响降到最低，母线压降在5%左右。

1.2.3起动平稳无冲击

电机的起动转矩由小到大逐步增高，因而使机械设备起动平稳，无冲击、无啸叫声，且机械能平稳越过谐振转速，使设备免受伤害。

1.2.4经济效益显著

节约一次性投资和维护费用。水电阻软启动装置，由于控制系统简单、操作方便且总体直接投资在高压大型电机的各种起动方案中是最经济的一种方式，尤其比起进口的变频起动器来说更显价格优势，只是同性能进口设备的1/6左右。采用水电阻软启动方式，可以大大降低电机起动时对电力系统的要求，从而可以节约大量的一次性电力增容方面的固定投资。

节约长期技术性投资，该方案理论成熟，结构简单，性能稳定、运行可靠、基本免维护。一般技术工人经过简单培训就可以达到使用和维护的标准要求。采用该启动方案，大大降低电机起动对电力系统的要求，从而可使电力变压器的运行始终在经济运行区，从而降低电力变压器运行损耗，节约运行费用。

1.2.5与其他启动方式相比，性能优越

采用电抗器降压起动方式，电动机的起动电流可以小量的降低，但是功率因数很低，母线压降相对较大，在15%左右。

自耦变压器降压起动方式同串联电抗器起动方式效果大体相同，但接线方式复杂，故障率较高，将给后期运行带来故障隐患，增加后期检修维护成本。变频软启动因起动特性较好，但从技术上对用户的维护人员要求较高，而且价格昂贵，投资费用大。

2 高压电动机的降压起动原理

高压电动机的降压起动原理接线图如图1所示。高压真空开关1DL合闸，大型软启动装置的三相电阻串入电机定子回路，水电阻随着电动机的起动自动投入并在电动机起动结束后在设定的时间内2DL闭合，将水电阻自动切除，电动机自动投入正常运行。图1中1GK是为检修水电阻而装设的隔离开关，正常时是处于合闸状态的，且和1DL之间有电气连锁关系。1DL为主电动机运行真空断路器，2DL为短接真空断路器，R代表可变电阻，水电阻装置的三相电阻由相互绝缘的三个绝缘箱体构成。

该设备于2004年6月全部安装调试完毕，设备一次启动成功运行至今状况良好，性能稳定可靠。经测试，最大起动电流为3500A左右，为额定电流的3.5倍，带负载起动时间为35s，减少了系统冲击，起动电流非常平稳，电网压降小于5%，达到了预期目的。

3 故障分析及处理

3.1水电阻液位低，起动时速断动作

2016年8月一次电机起动过程中速断保护动作，起动不成功。检查发现水电阻箱水位指示浮标已看不到，水位低于规定液位指示范围。分析原因为环境温度高或起动消耗在水电阻的能量使得溶液温度升高，加快水的蒸发，溶液浓度变大，水电阻阻值变小，造成电机起动时电流变大，速断保护动作。加纯净水至标准水位后，电机正常启动。针对这一现象，车间分析评估后，在水电阻液面上滴少许变压器油封盖液面，阻止水分蒸发，起到很好效果，原来每个月补水一次现变为每季度补水一次。

3.2极板腐蚀造成启动时速断动作

2014年10月份某次起动电机，起动时电机跳闸，高压柜综保继电器报速断故障。复位后第二次启动成功，连续几天都是这种现象。车间组织对故障原因进行查找分析，经电机起动时现场观察发现，每次都是在水电阻启动完毕2DL合闸切除水电阻时发生，分析认为虽然水电阻启动完毕，但电机未达到额定转矩，切换时电机未达到95%的额定转速，全压加上后电机电流迅速增大，造成速断动作。现场检查水电阻箱时发现电阻液颜色发绿，经检查确认为水电阻箱内极板发生腐蚀，电阻液中含有极板腐蚀后的铜离子，导致水电阻阻值增大，电机起动时达不到额定转矩。第二次起动时，由于第一次起动电流通过电阻液，致使电阻液温度上升，电阻变小，增大了起动转矩。现场更换电阻液，重新配比水电阻值，保证了电机正常启动运行。2015年8月装置停车大修时更换了极板，彻底解决了故障。

4 结语

水电阻软启动装置在高压电动机上的成功应用，彻底解决了该大功率电机采取直接起动时给电网电压及设备带来的各种不利因素，是一种新型的鼠笼式高压大功率电动机降压软启动理想装置。

参考文献：

[1]顾绳谷.电机及拖动基础（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2000.