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| 高压直流输电换流阀冷却系统主循环泵电机起动方式分析与研究（zxj） |
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0 引 言换流阀水冷设备作为换流阀的换热没备，堪称为换流阀的血液循环系统，因此在高压直流输电系统中换流阀水冷设备就显得尤为重要，可以说换流阀冷点Ⅱ系统的稳定运行是直流输电工程正常lT作的前提和保证。主循环泵作为冷却系统核心组成部分，主要是提供用于散热的水循环动力设备，稳定的冷却水流量和压力是换流阀对水冷设备重要的要求。因此选取一种合理的主泵控制方式，对整个阀冷系统的稳定性有着极为重要的意义。目前，比较常用的主泵控制方式有直接1：频起动、变频起动、变频起动后工频运行、软起动旁路运行。现分别对这儿种起动方式的特点进行简要介绍和分析，以利选择。
1 主循环泵电机的起动方式(1)直接起动。直接起动就是将电机的定子绕组直接接入额定电压起动，因使用设备少，运行维护方便，节省投资。因此在小功率的水泵中有着广泛应用。
(2)变频起动。变频起动就是通过改变交流电机供电的频率和幅值，从而改变运动磁场的周期，达到平滑控制电机转速的目的。目前，常用的方式有变频起动工频运行、变频起动工频旁路运行两种。
(3)软起动内置旁路运行”0。软起动器主要工作原理是通过控制主回路上的可控硅导通角，从而控制起动电压。由于起动电压与起动电流近似成正比关系，因此通过调节起动电压即可降低起动电流。
起动电机时，软起动器的输出电压迅速增加，直到输出电流达到限定值，保持输出电流不大于该值，电压逐步升高，使电机加速，当达到额定电压、额定转速时，输出电流迅速下降至额定电流，起动过程完成。此时内置的旁路开关接通(避免软起动器在运行中对电网形成谐波污染，延长品闸管寿命)，电机进入稳态运行状态。
停车时：先切断旁路接触器，然后由软起动器内晶闸管导通角由大逐渐减小，使：相供电电压逐渐减小，电机转速由大逐渐减小到零，停车过程完成。
2 主循环泵电机起动方式的优缺点2．1直接起动直接起动是一种******的起动方式，具有起动转矩大、起动时问短、起动设备简单、操作方便、易于维护、投资省、设备故障率低等优点。传统的观点认为如果满足直接起动条件，就尽量采用直接起动，但在实际工程中还应综合考虑负载场合等因素。直接起动存在以下缺点：
(1)起动电流大，可达到到电机额定电流的4～7倍，部分国产电机的起动电流实际测量甚至高达8～12倍。如果直接起动较大的电机，过大的起动电流将造成电网电压显著下降，影响同一电网其他电气没备和电子设备的正常运行，严重时将使部分设备因电压过低而退出运行。
(2)直接起动会使被拖动的工作机械受到机械性冲击，对于水泵性负载来说，过高的起动转矩对叶片、轴承、拍门等造成软性损伤(机械变形、疲劳性老化)及硬性损伤(裂纹、断裂等)是较为常见的，甚至会因水流对管道的冲击力过大而产生严重的水锤效应损坏设备．．2．2变频起动(1)变频起动工频运行。，与直接起动相比，具有起动电流小而起动转矩人，对设备冲击力矩小，对电网冲击电流小的特点。变频器起动工频运行为变频器在线运行，电机的保护功能由变频器实现，因此具有保护功能完善，故障分析精确的优点。但变频起动也存在以下不足：
①变频器的操作和维护较为复杂；②变频器长期在线运行，会降低其使用寿命；③大功率变频器为谐波源，也会给电网带来谐波干扰问题。
(2)变频起动工频旁路运行”。。为了避免变频器在线运行时的不良影响，并充分利用变频起动的优点，国内各大厂家对变频起动方案进行优化设计。在仅需要进行起动控制，而不需要调速的场合，起动结束后切至工频旁路运行。变频起动工频旁路运行具有变频起动的优点，同时也避免了变频器长期在线运行带来谐波污染问题，能有效提高变频器的寿命。但变频起动工频旁路也存在以下不足：
①电路复杂化，系统可靠性降低；②回路元件较多，增加维护与检修难度；③切至]j频旁路后，电机只能依靠热继电器来进行过载保护，不能充分利用变频器完善的保护功能；④电机由变频电源切向工频电源旁路运行时，采用非同步切换，因此切换时会产生一个冲击电流，冲击电流与切换l瞬问变频电源与工频电源的相位差的大小相关，相位差越大，冲击电流越大，当相差为180。时冲击电流要大于直接起动时的电流，这可从图1和图2的电流波形比较看出。
2．3软起动内置旁路运行交流电机电子软起动器(简称软起动器)的原理最早于20世纪70、80年代提出，早期的软起动器都是采用在线运行方式。软起动器的在线运行存在以下缺点：晶^甲J管长期在线运行功耗大，发热量大，需要机械风冷；晶闸管长期在线运行给电网带来高次谐波污染；晶闸管作为主开关元件长期工作，其可靠性远低于机械升关．．由于上述缺点的存在，在线运行的方式已逐步淘汰。
为r避免在线运行存在的不足，就出现了旁路型软起动器，电机起动完成后旁路到接触器上运行．它的优点是回避了晶闸管在线运行的缺点．尤其小需要机械风冷。但是，它酬时带来．些缺点：电路复杂化，系统ur靠性降低；软起动器完善的电机保护功能小能充分利用；增加维护与榆修的难度，目前，国内外许多电气公司都在开发内置晶刚管旁路型在线运行软起动器、内置品闸管旁路型在线运行软起动器，是在在线运行软起动器内部改置了一套机械触头与晶管并联，在电机软起动过程和软停车过程中由晶闸管运行，机械触头断丌，“i电机』T：常运行时r5自闸管关闭，机械触头例各这套动州‘过程足通过内部控制器n动完成的，对外部接线来讲足-个装胃，所以称作在线运仃c它又可称作旁路型的软起动器，将外边的接触器移到了软起动器里边，集成为一体，并能保证体积小增加、它的优点是具备上述两种类型的所仃优，一?、同时回避了它们各门的缺点。因此，内置旁路型是目前性能最稳定、叫靠性****的软起动器。
3 软起动内置旁路运行案例分析以西门子公刊的软起动器3Rw40 5568844为例，通过枪测起动电流，起动、停_卜时，泵切换的流量值来进行分析比较。
参数设定如表1所示(以55 kw电机为例，软起动器型号为3Rw40—55 6BB44)软起动时，电流波形如图3所示，起动期问，电流限制在约4×L以内，电流****有效值为588／1．414=415，约为4倍的额定电流40()A，起动过程在6 s内完成，起动完成切至旁路运行时无二次冲击电流。
其中水泵软起动流量趋势如图4所示，软停止流量趋势如图5所示，定时切换和故障切换时流量趋势分别如图6和图7所示。
由图4～图7可看出，主同路流量在宅泵起动、停止及定时切换期间，没有出现陡升、陡降现象，流量曲线平滑无波动。主泵在故障切换期问，流量低于额定流量值的90％时间不超过6 s。
4 结 语
本文对高压换流阀冷却系统的主循环泵的不同控制方式进行比较。综合分析，直接起动的运行方式初次投资最节省，但由于其起动、停止会对阀门、管路造成一定的机械冲击，不利于阀冷水路系统的长期稳定运行。变频起动工频运行的方式起动电流小，对管路系统的机械冲击小，但变频器的在线运行会带来电网谐波污染问题。变频起动工频旁路运行，避免变频器在线运行带来的谐波污染问题，但回路设备较多，维护不便，同时由于变频一工频切换时带来冲击电流，也不利于系统的稳定运行．．软起动内置旁路运行的运行方式，具有起动电流小、对管路系统的机械冲击小的特点，起动完成后无谐波污染问题，同时具有回路设备少、维护方便等特点，更适合于在高压换流阀冷却系统中使用。 |
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