CN101304228B - 一种铠装隔爆型开关变压器式软起动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，包括用于设置软起动装置的主体隔爆箱，所述主体隔爆箱包括主腔、高压进线腔、高压出线腔；所述软起动装置是包括可控硅组件，所述主腔的右侧端设有便于检修可控硅组件的维护侧板法兰，该维护侧板法兰正对着主体隔爆箱内的可控硅组件设置。本发明在检修或维护方面，具有方便快捷的优点。

Description

一种铠装隔爆型开关变压器式软起动装置 

技术领域

本发明涉及一种高压软起动装置，具体涉及一种铠装隔爆型开关变压器式软起动装置。 

背景技术

随着煤炭市场的变化，井下用电负荷成倍增长，但受已经形成的供电系统容量影响，往往难以满足井下大功率中压电机的起动要求。在不进行电网系统改扩建的情况下，解决中压(3.3千伏至1万伏。这个电压等级俗称高压，但是按照国际标准应称作中压。)电机起动的最好办法就是实施软起动。 

现在国内矿用隔爆型高压软起动装置有如下几种类型： 

(1)饱和电抗器方式。 

a.饱和电抗器方式是靠改变铁心的磁饱和度来改变其点抗值，从而改变与电机的分压。用固定的电抗器起动时，电压是不可调的。随着电机的加速，启动电流将下降，如果电网容量不足，很容易造成起动失败，或切换到全压时冲击很大。饱和电抗器与固定电抗器相比，仅在于它能保持电流不下降，但能不能造成起动失败(或起动时间过长，或切换时冲击过大)，还要看最大电抗值的选择。最大电抗值选的小些，起动失败的可能性小，但合闸时冲击大；最大电抗值选的大些，则容易造成起动失败。所以说饱和电抗器不能称为软起动产品，只能是比电抗器好一点的减压起动产品。 

b.发热问题，饱和电抗器始终工作在饱和区附近，铁心磁通量很大，铁损很大。由于发热，连续起动性能将非常差。 

c.饱和电抗器只能以恒流方式工作，且电流不能较小，故在上电时对电网有冲击，电机转速也一下子上升到某一数值。 

d.饱和电抗器靠分压减压起动，电机端电压与电机容量(阻抗)有关，每台电机得单配电抗器，不能做到“一拖多”。 

(2)可控硅串联式软起动。 

该方式的电路形式是选用多只可控硅串联来解决单只可控硅的耐压问题。这种装置的起动性能能达到全方位的软起动性能，即电压、电流都能从零起连续可调，能完全免除对电网的冲击和对电动机及机械设备的冲击，控制灵活，重复精度高。但由于技术上的原因， 该方式尚存在如下缺点： 

a.由于采用多只可控硅串联，为解决均压问题对每只可控硅元件特性参数的一致性要求很高，不容易得到保证。元件在使用一段时间后特性参数还会发生变化，使均压性能变差，很容易造成单只或整臂可控硅元件的损坏，所以该装置的可靠性较差。 

b.谐波比较大。 

c.该装置虽有矿用隔爆型，但由于上述原因价格很贵，后续备件的费用也很高，故维护成本很大。 

发明内容

本发明的目的是提供一种便于检修可控硅组件的铠装隔爆型开关变压器式软起动装置。 

实现本发明目的的技术方案是：一种铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，包括用于设置软起动装置的主体隔爆箱，所述主体隔爆箱包括主腔、高压进线腔、高压出线腔；所述软起动装置包括可控硅组件，所述主腔的右侧端设有便于检修可控硅组件的维护侧板法兰，该维护侧板法兰正对着主体隔爆箱内的可控硅组件设置。 

上述技术方案中，所述软起动装置还包括开关变压器、起动接触器和运行接触器；所述运行接触器串联在电源与外接电器之间，所述开关变压器的一次线圈、起动接触器依次串联在电源与外接电器之间，所述二次线圈的每组绕组的两端直接与一组可控硅组件并联。 

上述技术方案中，所述可控硅组件是至少由两只可控硅组成的反并联可控硅组件。 

上述技术方案中，所述软起动装置还包括阻容保护电路，所述各阻容保护电路与一个可控硅组件并联设置。 

上述技术方案中，所述软起动装置还包括隔离开关、高压断路器、控制变压器、智能高压综合保护器、用于对电压采样的电压互感器和用于对电流采样的电流互感器。 

上述技术方案中，所述主腔内设有第一移出式轨道和可在第一移出式轨道上移动的第一轨道车，所述开关变压器和可控硅组件设置在第一轨道车上。 

上述技术方案中，所述主腔内设有第二移出式轨道和可在第二移出式轨道上移动的第二轨道车，所述隔离开关和高压断路器设置在第二轨道车上。 

上述技术方案中，所述主腔的前侧端设有高压侧门，后侧端设有低压侧门；在低压侧门外还设有用于安装低压控制元件的低压控制腔；所述低压控制腔的后侧端还设有一个快开门；所述主腔的左侧端设有便于安装线缆的安装侧板法兰，右侧端设有便于检修可控硅组件的维护侧板法兰；所述高压进线腔和高压出线腔设置在主腔顶部。 

上述技术方案中，所述主体隔爆箱的下部设有车轮，所述高压侧门和低压侧门上均设有透明的观察窗。 

上述技术方案中，该装置还包括内设高压接触器的分体隔爆箱，所述分体隔爆箱包括分体主腔、分体高压进线腔、和分体高压出线腔；所述主体隔爆箱的顶部还设有一拖多接线腔。 

本发明具有积极的技术效果： 

(1)本发明在主体隔爆箱的侧端设置维护侧板法兰，当主体隔爆箱中的可控硅组件需要检修时，只需要打开该维护侧板法兰，即可对可控硅进行维护或更换；与传统的需要把主体隔爆箱内的软起动装置全部从侧门拉出，才能对其可控硅组件进行检修的方式相比，具有方便快捷的优点。 

(2)本发明采用开关变压器式软起动装置制成铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，利用开关变压器来隔离高压和低压，且由于开关变压器的低压绕组与可控硅组件组成回路，可以利用可控硅的特性改变低压绕组上的电压，进而改变高压绕组上的电压，以实现电动机的软起动。由于采用开关变压器式软起动装置，具体以下优点：①使得本发明的输出电压和电流都能从零起连续可调，对电动机无操作过电压伤害，无转矩冲击；由于电机转速慢慢上升，有利于润滑，能延长电动机及机械设备的使用寿命；其高压真空开关合闸时电流或电压为零，能显著提高开关寿命。②控制灵活，重复精度高。③在起动过程中，能在额定电流以内给电动机以充分加速，因此能最大限度的降低起动电流最大值，最大值保持时间短。④开关变压器是一种高可靠性设备，因控制的是低压侧的电压，可避开可控硅串联技术的缺陷，而低压可控硅控制技术比较成熟，故该装置可成为高可靠、免维护设备。⑤本发明自身功耗很小，可以连续起动，还可以实现一拖多式起动。⑥开关变压器具有很大的电感值，所以可控硅产生的高次谐波大部分加在它上面，而加到电网和电动机上的高次谐波极少。⑦本发明的综合性能与传统的串联可控硅式软起动装置相同，而价格却低于串联可控硅装置，又便于维护，是当前市场上性价比较高的软起动产品。 

(3)本发明在主腔的的左侧端设有便于安装线缆的安装侧板法兰，由于线缆需要经常维护和检修，所以本发明在日常的维护以及修理时，通过打开这两个法兰，即可对线缆和可控硅组件进行检修和维护，而不像传统的铠装隔爆型软起动装置，需要把内设在主体隔爆箱中的软启动装置全部从箱体内拉出来才能检修；所以本发明在对线缆进行检修和维护方面，具有方便快捷的优点。 

(4)本发明在主腔内设有第一移出式轨道和可在第一移出式轨道上移动的第一轨道车，所述开关变压器和可控硅组件设置在第一轨道车上，这样在需要检修开关变压器和可控硅组件时，可直接把开关变压器和可控硅组件从主腔内向一侧端拉出；另外，由于设置在主腔内的隔离开关和高压断路器的体积也较大，所以本发明还可在主腔内设有第二移出式轨道和可在第二移出式轨道上移动的第二轨道车，并把所述隔离开关和高压断路器设置在第二轨道车上，在需要对隔离开关和高压断路器进行检修时，可直接把隔离开关和高压断路器从主腔内向另一侧端拉出；所以本发明在对软起动装置进行检修和维护方面，具有方便快捷的优点。

(5)本发明中的分体隔爆箱是备选件，当与主体隔爆箱配合使用时，可实现“一拖多”方式或双电源供电方式；由于采用分开的主体和分体结构设计，仅在需要时才将分体配套使用，所以对用户来说，可将体一次性投资成本，具有较好的经济效益和实用效果。 

附图说明

图1是本发明第一种结构从俯视角度观察时的结构示意图； 

图2是图1所示铠装隔爆型开关变压器式软起动装置的A向视图； 

图3是图1所示铠装隔爆型开关变压器式软起动装置的B向视图； 

图4是图1所示铠装隔爆型开关变压器式软起动装置的内部结构示意图； 

图5是图1所示铠装隔爆型开关变压器式软起动装置的D-D线剖视图； 

图6所示铠装隔爆型开关变压器式软起动装置的电气原理图； 

图7是本发明第二种结构中分体隔爆箱的结构示意图； 

图8是图7所示分体隔爆箱的E-E线剖视图。 

附图所示标记为：软起动装置1，起动接触器11，运行接触器12，开关变压器13，可控硅组件14，可控硅141，隔离开关15，高压断路器16，电压互感器191，主体隔爆箱2，主腔21，安装侧板法兰211，维护侧板法兰212，高压侧门213，低压侧门214，第一移出式轨道215，第一轨道车216，第二移出式轨道217，第二轨道车218，一拖多接线腔219，高压进线腔22，高压出线腔23，低压控制腔24，快开门241，车轮25，高压接触器3，分体隔爆箱4，分体主腔41，分体移出式轨道411，分体轨道车412，分体高压进线腔42，分体高压出线腔43；阻容保护电路5。 

具体实施方式

(实施例1) 

图1至图6显示了本发明的第一种实施方式，其中图1是本发明第一种结构从俯视角度观察时的结构示意图；图2是图1所示铠装隔爆型开关变压器式软起动装置的A向视图； 图3是图1所示铠装隔爆型开关变压器式软起动装置的B向视图；图4是图1所示铠装隔爆型开关变压器式软起动装置的内部结构示意图；图5是图1所示铠装隔爆型开关变压器式软起动装置的D-D线剖视图；图6所示铠装隔爆型开关变压器式软起动装置的电气原理图。 

本实施例是一种矿用铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，见图1至图5，包括便于设置软起动装置1的主体隔爆箱2，所述主体隔爆箱2包括主腔21、高压进线腔22、高压出线腔23和一拖多接线腔219；所述主腔21的左侧端设有便于安装线缆的安装侧板法兰211，右侧端设有便于检修可控硅组件14的维护侧板法兰212；该维护侧板法兰212正对着设置在主体隔爆箱2内的可控硅组件，只要打开该维护侧板法兰212，即可直接对可控硅组件14进行维护、修理或拆卸更换等操作。所述高压进线腔22、高压出线腔23和一拖多接线腔219设置在主腔21顶部。所述主腔21的前侧端设有高压侧门213，后侧端设有低压侧门214；在低压侧门214外还设有用于安装低压控制元件的低压控制腔24；所述低压控制腔24的后侧端还设有一个快开门241。所述主体隔爆箱2的下部设有车轮25，所述高压侧门213和低压侧门214上均设有透明的观察窗。 

所述软起动装置1是开关变压器式软起动装置，主要包括起动高压真空接触器11、运行高压真空接触器12、开关变压器13、三个可控硅组件14和三个阻容保护电路5；所述运行高压真空接触器11串联在电源与外接电器之间，所述开关变压器13的一次线圈、起动高压真空接触器11依次串联在电源与外接电器之间，所述各阻容保护电路5先与一个可控硅组件14并联设置，接着再与所述二次线圈的每组绕组的两端并联。本实施例的可控硅组件14是由两只耐压4200V的单个可控硅组成的反并联可控硅组件。 

所述软起动装置1还包括隔离开关15、高压真空断路器16、控制变压器、智能高压综合保护器、用于对电压采样的电压互感器191和用于对电流采样的电流互感器等附件。 

所述主腔21内的后侧也即图4右侧处设有第一移出式轨道215、前侧也即图4左侧处设有第二移出式轨道217、以及可在第一移出式轨道215上移动的第一轨道车216和可在第二移出式轨道217上移动的第二轨道车218；所述开关变压器13和可控硅组件14设置在第一轨道车上，所述隔离开关15和高压断路器16设置在第二轨道车218上。当需要检修时，可通过外接轨道把第一轨道车216从低压侧门214处拉出，把第二轨道车218从高压侧门213拉出。 

见图6，本实施例的工作原理是：本发明是用开关变压器TM来隔离高压和低压，在二次线圈TMB(也即低压绕组)利用可控硅组件14进而控制一次线圈TMA(也即高压绕组)也即高压侧的电压、从而实现外接电器软起动的一种铠装隔爆型装置。本实施例中，开关 变压器TM的低压绕组TMB与可控硅组件14以及智能高压综合保护器(也即控制系统)相连，通过改变其低压绕组TMB上的电压来改变高压绕组TMA上的电压，从而达到改变输出电压也即电动机端电压的目的，以实现电动机的软起动。起动时，先闭合隔离开关QS，高压送电后，微电脑智能高压综合保护器GB通过高压互感器TV检测三相电压情况，如正常则显示正常信号，并允许闭合高压真空断路器QF。高压真空断路器QF合上后，微电脑智能高压综合保护器GB检测漏电及绝缘监视，如异常则分闸，并显示和记忆故障状态；如无异常，则给控制变压器TC2和开关变压器TM供电。控制变压器TC2得电后，微电脑智能高压综合保护器GB按预设定参数发出允许起动信号，如果此时按起动按钮，起动高压真空接触器KM1吸合，接通开关变压器TM，同时微电脑智能高压综合保护器GB给可控硅组件14发出信号，通过改变可控硅组件14的导通与关断时间比，可控硅组件14按要求控制开关变压器的二次线圈TMB的电压，从而控制开关变压器的一次线圈TMA的电压，从而改变电动机的端电压，来实现高压电机的软起动。起动完成后运行高压真空接触器KM2吸合，形成旁路，电源电压直接加到外接高压电机端，经过1秒延时后，起动高压真空接触器KM1释放，退出开关变压器TM，完成起动过程。停车时，按停车按钮，运行高压真空接触器KM2断开，高压电机自由停车。在运行过程中，由微电脑智能高压综合保护器GB检测高压电机的运行情况，并根据故障原因进行显示和判断，给高压真空断路器QF信号进行保护停车。上述是一个起动周期，如无故障，则准备下一次起动。 

本实施例具有积极的技术效果： 

(1)本实施例在主体隔爆箱的侧端设置维护侧板法兰，当主体隔爆箱中的可控硅组件需要检修时，只需要打开该维护侧板法兰，即可对可控硅进行维护或更换；与传统的需要把主体隔爆箱内的软起动装置全部从侧门拉出，才能对其可控硅组件进行检修的方式相比，具有方便快捷的优点。 

(2)本实施例采用开关变压器式软起动装置制成铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，利用开关变压器来隔离高压和低压，且由于开关变压器的低压绕组与可控硅组件组成回路，可以利用可控硅的特性改变低压绕组上的电压，进而改变高压绕组上的电压，以实现电动机的软起动。由于采用开关变压器式软起动装置，具体以下优点：①使得本实施例的输出电压和电流都能从零起连续可调，对电动机无操作过电压伤害，无转矩冲击；由于电机转速慢慢上升，有利于润滑，能延长电动机及机械设备的使用寿命；其高压真空开关合闸时电流或电压为零，能显著提高开关寿命。②控制灵活，重复精度高。③在起动过程中，能在额定电流以内给电动机以充分加速，因此能最大限度的降低起动电流最大值，最大值保持时间短。④开关变压器是一种高可靠性设备，因控制的是低压侧的电压，可避开可控硅串联技术的缺陷，而低压可控硅控制技术比较成熟，故该装置可成为高可靠、免维护设备。⑤本实施例自身功耗很小，可以连续起动，还可以实现一拖多式起动。⑥开关变压器具有很大的电感值，所以可控硅产生的高次谐波大部分加在它上面，而加到电网和电动机上的高次谐波极少。⑦本实施例的综合性能与传统的串联可控硅式软起动装置相同，而价格却低于串联可控硅装置，又便于维护，是当前市场上性价比较高的软起动产品。 

(3)本实施例在主腔的的左侧端设有便于安装线缆的安装侧板法兰，由于线缆需要经常维护和检修，所以本实施例在日常的维护以及修理时，通过打开这两个法兰，即可对线缆和可控硅组件进行检修和维护，而不像传统的铠装隔爆型软起动装置，需要把内设在主体隔爆箱中的软启动装置全部从箱体内拉出来才能检修；所以本实施例在对线缆进行检修和维护方面，具有方便快捷的优点。 

(4)本实施例在主腔内设有第一移出式轨道和可在第一移出式轨道上移动的第一轨道车，所述开关变压器和可控硅组件设置在第一轨道车上，这样在需要检修开关变压器和可控硅组件时，可直接把开关变压器和可控硅组件从主腔内向一侧端拉出；另外，由于设置在主腔内的隔离开关和高压断路器的体积也较大，所以本实施例还可在主腔内设有第二移出式轨道和可在第二移出式轨道上移动的第二轨道车，并把所述隔离开关和高压断路器设置在第二轨道车上，在需要对隔离开关和高压断路器进行检修时，可直接把隔离开关和高压断路器从主腔内向另一侧端拉出；所以本实施例在对软起动装置进行检修和维护方面，具有方便快捷的优点。 

(实施例2) 

图7和图8显示了本发明的第二种实施方式，其中图7是本发明第二种结构中分体隔爆箱的结构示意图；图8是图7所示分体隔爆箱的E-E线剖视图。 

本实施例也是一种矿用铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，与实施例1基本相同，不同之处在于：见图7和图8，该装置还包括内设四个高压真空接触器3的分体隔爆箱4，所述分体隔爆箱4包括分体主腔41、分体高压进线腔42、和四个分体高压出线腔43；所述分体高压进线腔42设置在分体主腔的顶部，所述分体高压出线腔43设置在分体主腔的一侧端。 

为了便于检修，本实施例还在分体主腔41中设置了分体移出式轨道411和可在分体移出式轨道411上移动的分体轨道车412，所述高压真空接触器3均设置在分体轨道车412上。 

本实施例中的分体隔爆箱是备选件，当与主体隔爆箱配合使用时，可实现“一拖多” 方式或双电源供电方式；由于采用分开的主体和分体结构设计，仅在需要时才将分体配套使用，所以对用户来说，可将体一次性投资成本，具有较好的经济效益和实用效果。 

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。 

Claims (9)

1.一种铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，包括用于设置软起动装置(1)的主体隔爆箱(2)，所述主体隔爆箱(2)包括主腔(21)、高压进线腔(22)、高压出线腔(23)；其特征在于：所述软起动装置(1)包括可控硅组件(14)，所述主腔(21)的右侧端设有便于检修可控硅组件(14)的维护侧板法兰(212)，该维护侧板法兰(212)正对着主体隔爆箱(2)内的可控硅组件(14)设置；所述主腔(21)的前侧端设有高压侧门(213)，后侧端设有低压侧门(214)；在低压侧门(214)外还设有用于安装低压控制元件的低压控制腔(24)；所述低压控制腔(24)的后侧端还设有一个快开门(241)；所述主腔(21)的左侧端设有便于安装线缆的安装侧板法兰(211)；所述高压进线腔(22)和高压出线腔(23)设置在主腔(21)顶部。

2.根据权利要求1所述的铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，其特征在于：所述软起动装置(1)还包括开关变压器(13)、起动接触器(11)和运行接触器(12)；所述运行接触器(12)串联在电源与外接电器之间，所述开关变压器(13)的一次线圈、起动接触器(11)依次串联在电源与外接电器之间，所述开关变压器(13)的二次线圈的每组绕组的两端直接与一组可控硅组件(14)并联。

3.根据权利要求2所述的铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，其特征在于：所述可控硅组件(14)是至少由两只可控硅组成的反并联可控硅组件。

4.根据权利要求3所述的铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，其特征在于：所述软起动装置(1)还包括阻容保护电路(5)，所述各阻容保护电路(5)与一个可控硅组件(14)并联设置。

5.根据权利要求2所述的铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，其特征在于：所述软起动装置(1)还包括隔离开关(15)、高压断路器(16)、控制变压器、智能高压综合保护器、用于对电压采样的电压互感器(191)和用于对电流采样的电流互感器。

6.根据权利要求1所述的铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，其特征在于：所述主腔(21)内设有第一移出式轨道(215)和可在第一移出式轨道(215)上移动的第一轨道车(216)，所述开关变压器(13)和可控硅组件(14)设置在第一轨道车上。

7.根据权利要求1所述的铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，其特征在于：所述主腔(21)内设有第二移出式轨道(217)和可在第二移出式轨道(217)上移动的第二轨道车(218)，所述隔离开关(15)和高压断路器(16)设置在第二轨道车(218)上。

8.根据权利要求1所述的铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，其特征在于：所述主体隔爆箱(2)的下部设有车轮(25)，所述高压侧门(213)和低压侧门(214)上均设有透明的观察窗。

9.根据权利要求1所述的铠装隔爆型开关变压器式软起动装置，其特征在于：该装置还包括内设高压接触器(3)的分体隔爆箱(4)，所述分体隔爆箱(4)包括分体主腔(41)、分体高压进线腔(42)、和分体高压出线腔(43)；所述主体隔爆箱(2)的顶部还设有一拖多接线腔(219)。 

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