时间：2013-11-29 分类：水力
摘要：采用了先进的电机软启动器和PLC相结合的自动化系统，不仅使得设备的运行变得更加稳定、高效、安全，而且大幅度减轻了泵站值班人员的劳动强度，有效地节省了泵站运行费用，充分验证了其在排水行业中的成功应用。
关键词：软启动 ; HPS2DN15…840; 数字式智能型软启动器; MCC控制柜 ; PLC系统
一、前言
排水泵站是担负着城市排水防涝任务的重要市政设施。随着近年来天津市排水泵站的不断建设与改造，各泵站的自动化程度也都在不断提高。现在，不仅是在对旧泵站设备的改造方面，所有新建的泵站都采用电机软启动器和PLC系统相配合的自动化控制系统，来管理整个泵站各个设备的运行。与以前旧泵站的手动管理相比，现代泵站的自动化管理有着更加简易、方便、高效等优点。本文以软启动器为主要切入点，阐述其在我市泵站自动化系统中的应用。
二、软启动器的作用与特点
软启动器的作用：
众所周知，鼠笼式异步电机采用全压起动时起动电流大，起动时间长。当电机的功率较大时，起动电流很大，将引起配电系统的电压降，影响接在同一台变压器或同一条供电线路上的其它电气设备的正常工作，甚至使柴油发电机组熄火停机。同时由于起动转矩较大，将对负载产生冲击，增加传动部件的磨损和额外维护。所以当电机的容量较大(一般为超过电源容量的20%—30%)时，均采用降压起动。
传统上采用的降压起动的方法有Y/△起动和自耦降压起动。虽然这两种起动方式均可降低起动电流，但是在降压起动过程完成后的分档投切和加全压的瞬间，仍将产生数倍额定电流的尖峰电流(二次冲击电流)，此电流将对配电系统造成冲击，同时产生的破坏性的动态转矩会引起水泵电机的机械震动，对电机的转子、中间齿轮等非常有害，并使供电线路电耗增大。
采用软启动器，可以控制电动机电压，使之产生逐步增加的平滑的交流电压加在交流电动机上，使其在启动过程中逐渐升高，按预先设定的方式和参数进行渐进地加速，实现软起动。这样可以对大电机实现平滑、均匀稳定的起动，避免大电机起动时对电网的冲击，减少机械震动噪音和供电线路的电耗。因此软启动器在市场上得到广泛应用，并且软启动器所附带的软停车功能有效地避免了水泵停止时所产生的\"水锤效应\"。
现代软启动器的特点：
现代软启动器，是采用电力电子技术，微处理器技术及现代控制理论设计生产的，具有先进水平的新型节能软启动器，是传统降压启动器的理想换代产品。它具有下述显著特点：
(1)降低电机起动电流、降低配电容量、避免增容投资。
(2)降低起动机械应力，延长电动机及相关设备的使用寿命。
(3)起动参数可按负载调整，以达到最佳起动效果。
(4)多种起动模式及保护功能，易于改善工艺，保护设备。
(5)特有外控端子，可方便实现异地控制或自动控制。
(6)全数字开放式用户操作显示键盘，操作设置灵活简便。
(7)高度集成的微处理器控制系统、性能可靠。
(8)大电流无触点交流开关无级调压，调压范围宽，过载能力强。
(9)产品可作频繁或不频繁起动。
(10)可提供远控接口，还可与PLC直接接口。
三、软启动器在泵站中的配置
软启动器的构成：
软启动器的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，从而实现交流电动机的平滑起动、停止。与传统起动装置相比，避免了Y/△起动的切换冲击，较自耦降压及磁控式起动器，软启动器的初始力矩可视为负载调整，因此负载适应性更强。此外，晶闸管两侧还装有旁路接触器触头，一旦软启动器发生故障，可由旁路接触器作为应急备用，并在电机运行时可以避免软启动器产生的谐波。由于软起动的晶闸管仅在起动停车时工作，旁路接触器的安装可以避免长期运行造成的晶闸管发热，延长了使用寿命。
软启动器的选型：
目前市场上的软启动器品牌有不少是国外的产品。而在我们国产品牌中，由\"中国·和平电气有限公司\"生产的\"HPS2DN15…840数字式智能型软启动器\"，是目前我市许多泵站均采用一款经济实惠的软启动器品牌。
HPS2DN15…840数字式智能型软启动器是在原有HPS2S、HPS2D/DH基础上新开发的一种基于最先进的数字处理器的调压、限流式智能电机软启动器。其独特的智能电子电路提供完美的控制及保护功能：线性加速起动、泵起、泵停控制，预置低速运行(可在低速下短时电子控制式正反转调试)，可预置双重起停参数自由切换，能监测负载状况并自动实现轻载节能模式运行。电机绝缘检测保护功能及缺相、短路、相序及电子过载等保护。可带RS 485通讯接口，使用Modbus /Profibus协议，实现全面微机远控和监测。
软启动器的配置：
在泵站中，软启动器安装在MCC(Motor Control Center)控制柜中，既电动机控制中心。软起动控制柜由以下几部分组成：
(1)输入端断路器;
(2)软启动器(包括电子控制电路与三相晶闸管);
(3)软启动器旁路接触器;#p#分页标题#e#
(4)二次侧控制电路(完成手动起动、遥控起动、软起动及直接起动等功能的选择与运行)，有电压、电流显示和故障、运行、工作状态等信号显示。
软起动MCC控制柜进一步加以组合并用PLC逻辑进行控制，可以实现多种复合功能。配合液位监控设备返回的数字信号，可以实现水泵定时自动开停机。加上相应的控制逻辑，则可以对水泵进行进一步的自动控制。例如在雨水不多的情况下，可设定为自动低速运行;在汛期雨量很大的时候，则设定为全速满载运行。将若干台电动机控制逻辑组合，可以组成一整套泵站自动化排水系统，按需要量逐次起动各台电机，也可逐次减少电机，实现最佳效率运行。还可以实现多台电机自动转换运行，使各电机都处于同等的运行寿命。
HPS2DN系列软启动器采用直观的LCD触摸屏作为用户界面，操作方便直观，工作及操作信息直接通过LCD显示出来。
四、安装与调试时的注意事项
在软启动器的安装与调试过程中，需要注意如下事项：
1、软启动器本身具有多种内置的保护功能，如失速及堵转测试、相间平衡、欠载保护、欠压保护、过压保护等，对电机而言起到了进一步的保护作用。设计时应根据具体情况通过编程来选择保护功能或使某些保护功能失效。
2、支路保护由于软启动器本身没有短路保护，为保护其中的晶闸管，应该采用快速熔断器(自动空气开关的开断时间较长，为0.1秒，不能有效地保护晶闸管)。设计时可依据厂家提供的产品样本，根据软启动器的额定电流选择相应的快熔断器。
3、当软启动器使电机制动停机时，只是晶闸管不导通，在电机与电源之间并没有形成电气隔离。如果此时检修软启动器之后的线路、电机，那是不安全的。所以在电机一次控制回路中应在软启动器之前增加断路器。
4、由于信息及网络技术的飞速发展，现代的楼宇特别是智能建筑中电子设备日益增多，它们对电网的质量有较高的要求。而由于软启动器采用了可控硅等非线性器件，所以当软启动器功率较大或者台数较多时，产生的高次谐波将对电网造成不良的影响并对建筑物内的电子设备产生干扰。此时可装设旁路接触器。在软启动器使电机平稳起动至正常转速后，接触器KM闭合，把软启动器短接。即在起动完成之后，大功率晶闸管处于不导通状态，减少高次谐波对电网及电子设备的干扰。目前我市所使用的MCC控制柜中多数都装有旁路接触器。
5、软启动器在通过电流时将会产生热耗散，安装时应注意在其上、下方留出一定空间，以使空气能流过其功率模块。当软启动器额定电流较大时，要采用风机降温。风机的电源可取自电机控制系统的二次回路。
在调试方面，无论是旧泵站改造或是新泵站的建设，现场安装和调试都是在不影响整个泵站正常运行的情况下进行的。所以事前一定要制订详细的施工计划。另外，低压大功率电机的配电较为紧凑，因此多数调试要尽量在模拟条件下完成，以减少正式调试时的故障机会。
五、结束语
实践证明，采用了先进的电机软启动器和PLC相结合的自动化系统，不仅使得设备的运行变得更加稳定、高效、安全，而且大幅度减轻了泵站值班人员的劳动强度，有效地节省了泵站运行费用，充分验证了其在排水行业中的成功应用。这将使我市整体泵站的电气控制和管理水平上升到一个新的台阶。随着国内外电力电子技术的不断更新和自动化控制理论的不断发展，相信在不久的将来会有更多、更好的电气自动化控制方案被应用到我们的城市排水系统中。
参考文献
1、 陈伯时 《电力拖动自动控制系统》 机械工业出版社
2、 刘利 《电动机软启动器实用技术》 中国电力出版社
3、 余洪明 《软启动器实用手册》 机械工业出版社
4、 技术资料 《HPS2DN数字式智能电机软启动器(新系列)》 中国·和平电气有限公司
