CN112072958A

CN112072958A - 软启动系统

Info

Publication number: CN112072958A
Application number: CN201910495612.5A
Authority: CN
Inventors: 陈河江; 江伯瑶; 白亮; 余晓忠
Original assignee: SYNEFUELS CHINA Inc
Current assignee: SYNEFUELS CHINA Inc
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2020-12-11

Abstract

本发明提供了一种软启动系统，其包括：启动柜，其使电动机启动以接入供电系统；降压控制装置，其降低启动电动机时的母线电压，并对降压过程进行控制；无功控制装置，其提供软启动系统适用的无功功率；运行柜，在电动机启动后，接入运行柜；以及电容切换柜，其在电动机启动后，将软启动系统配置的启动电容器作为无功功率补偿装置切换成与运行柜协同运行。本发明所述的系统不需要额外提供无功功率补偿装置就可以增加系统功率因素，由此节约生产成本且降低构造复杂度。

Description

软启动系统

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，具体地说，本发明涉及一种软启动系统。

背景技术

大型电动机在启动过程中将消耗大量的无功功率，从而引起电网电压的波动。此外，在配电网中，电力发电动机所发的无功功率和输电线的功率常常不足以满足网中大量的电动机、变压器、电抗器、荧光灯等感性负载的无功需求以及系统中无功的损耗，因而往往造成电网功率因数下降、电网系统利用率降低。为了减少有功损失和电压降落、减少电力输送中的损耗，更为了电网的安全、经济、高效地运行，提高电力输送的容量和质量，通常都要进行就近的无功功率补偿或者调节。

举例而言，在正常情况下，在大型电动机启动结束后电抗器和电容器均退出。此时，由于启动时的功率因数较低，所配的启动电容器容量较大，因此，正常运行中供电系统需要对一定容量的无功功率进行补偿。具体地，目前广泛采用通过投切并联电容器(组)的方式进行无功补偿，其原理是先通过监测线路电压与电流，计算功率因数；如果功率因数滞后则投入电容，如果功率因数超前则切除电容。

总而言之，在常规供配电系统中，为提高功率因数，调整电网电压，降低线路损耗，充分发挥设备效率，改善供电质量，通常设置无功补偿装置。而在大型电动机的降压软启动的情况下，无功补偿装置也带有与软启动系统作用相同的设置，这样在同一供配电系统内就会存在两套相同的设置，导致重复，增量了成本。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种软启动系统，其具有无功功率补偿装置。因此，本发明所述的系统不需要额外提供无功功率补偿装置就可以增加系统功率因素，由此节约生产成本且降低构造复杂度。

本发明提供了一种软启动系统，其包括：启动柜，所述启动柜使电动机启动以接入供电系统；降压控制装置，所述降压控制装置降低启动所述电动机时的母线电压，并对降压过程进行控制；无功控制装置，所述无功控制装置提供所述软启动系统适用的无功功率；运行柜，在所述电动机启动后，接入所述运行柜；以及电容切换柜，所述电容切换柜在所述电动机启动后，将所述软启动系统配置的启动电容器作为无功功率补偿装置切换成与所述运行柜协同运行。

优选地，所述降压控制装置包括：降压器，所述降压器向所述电动机施加起动电压；以及降压控制柜，在所述电动机启动后，所述降压控制柜消除接入所述运行柜时的操作过电压，并且将所述降压器从所述软启动系统断开。

优选地，所述无功控制装置包括：无功发生器，所述无功发生器与所述电动机组成并联回路，以向所述电动机提供所述电动机启动时所需的所述无功功率；以及无功控制柜，所述无功控制柜控制所述无功发生器，以提供适用的所述无功功率。

优选地，所述无功发生器为分组式安装，并且所述电容切换柜根据所述无功功率的变化来调整要使用的所述无功发生器的组数。

优选地，所述降压器和所述无功发生器构成为三相一体油浸式全封闭结构。

优选地，所述降压控制柜为全封闭结构。

优选地，在所述电动机启动时，启动电压大于所述电动机的额定电压的65％。

优选地，所述电动机启动时的所述软启动系统的功率因数为0.2，接入所述运行柜后的所述功率因数大于0.89。

优选地，在所述降压控制装置的控制下，所述母线电压的压降不大于所述母线电压的10％。

优选地，在所述降压控制装置的控制下，所述母线电压的压降不大于所述母线电压的15％。

附图说明

图1为一般软启动系统主回路的示意图。

图2为无功发生器的等效电路图。

图3为无功补偿的矢量图。

图4为根据本发明的实施例的带无功功率补偿装置的软启动系统主回路的示意图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐述，但这些实例不应理解为对本发明的任何限制。

图1为一般软启动系统主回路示意图。下面将参照图1对一般软启动系统主回路进行详细说明。

软启动系统1包括软起启动柜11、降压器12、降压控制柜13、无功控制柜14、无功发生器15和运行柜16。其中，降压器12和降压控制柜13构成降压控制装置，无功控制柜14和无功发生器15构成无功控制装置。软启动系统1通过软起启动柜11与6(10)kV系统母线连接。

当软起启动柜11合闸后，电动机通过软启动系统1接入供电系统，并开始降压启动。随着转速增加，电动机端电压升高，启动转矩逐步增加。当电动机达到额定转矩后，运行柜16合闸，同时切除软启动系统1，启动完成，并通过运行柜16为电动机供电。

在电压等级6kV、10kV，额定功率50000kW以下电动机的降压软启动的情况下，电动机在启动时的功率因数为0.2，正常运行的功率因数为0.89以上，无功发生器15的目的就是在启动时投入无功功率来补偿这部分的无功消耗，启动结束后被补偿的无功功率退出。

由上可知，为了降低电动机启动对电网电压的影响，需要在电动机端并联一个无功发生器，由它提供电动机启动过程中所需要的足够的无功功率。也就是说，在图1中，在软启动系统1启动完成后，无功控制柜14与无功发生器15配合，二者组成无功控制装置，适时地提供合理的无功量，减小从系统吸收的电流，从而减小对电网的影响。

图2为无功发生器15的等效电路图，并且图3为无功补偿的矢量图。应当理解，图2和图3是对应的，即，图2是等效电路，3是是矢量图。下面，将参照图2和图3对无功功率补偿进行说明。

在图2中，将电动机等效为电感C和电阻R串联的电路，其中U_M为电动机回路电压，I₂为电动机回路电流，I_M为等效电感回路电流，I_C为无功发生器15的电流。

由图3可以看出，提供无功功率后，电动机回路电流I₂将减小，从而使软起启动柜从系统吸收的母线电流减少。

为了进一步降低母线电流，在本实施例中，将电动机(未示出)及无功发生器15的并联回路经降压器12接入电网中，通过降低电动机的机端电压的方式进一步减小电流。此时降压器12的输出电流为电动机电流I_M与无功发生器电流I_C之差，降压器12的输入电流I₁为输出电流的k倍(降压器12的一次电压和二次电压的比为1：k，k＜1)，即：I₁＝k(I_M-I_c)。

如上所述，在上述常规供配电系统中，为提高功率因数，调整电网电压，降低线路损耗，充分发挥设备效率，改善供电质量，通常设置无功补偿装置。然而，由于无功补偿装置也带有与软启动系统作用相同的设置，因此在同一供配电系统内就会存在两套相同的设置，这导致了设置的重复，增加了系统成本。

图4为根据本发明的实施例的带无功功率补偿装置的软启动系统主回路的示意图。下面，将参照图4对本实施例的带无功功率补偿装置的软启动系统主回路进行说明。

通常，大型电动机的启动需要配置软启动装置，软启动装置的种类很多，例如，可控硅、水电阻及配置无功发生器等。本实施例是对采用配置无功发生器配置的软启动器使用场所进行描述。

可以理解，在6kV、10kV供配电系统中，若存在大型电动机的降压软启动形式，就可利用在电动机启动后被切除的无功发生器作为供配电系统的补偿装置，从而节约投资成本。

即，对于采用无功发生器配置的不带电容器切换装置的软启动器装置而言，在电动机启动结束后，软启动装置退出，该装置中的无功发生器也就闲置下来。而在本实施例中，闲置下来的无功发生器用来替代供电系统中的原无功功率补偿装置。

从图4可知，图4的软启动系统4的主回路与图1的软启动系统1的主回路的不同之处在于，在图4的软启动系统4中增加了电容切换柜47，利用电容切换柜47将电动机软启动后闲置的启动电容器投入到例如6(10)kV供电系统，以节省常规供配电系统中的电容补偿装置。

在软启动系统4的启动过程中，降压器42的作用是降低母线电压，给被软启动系统4启动的电动机施加恰当的启动电压值。优选地，降压器42和无功发生器45为三相一体油浸式全封闭结构，因此，可以进行室外安装。

优选地，降压控制柜43为全封闭结构，例如自制全封闭结构。这种结构的优点在于不受环境限制，安全可靠，寿命长，基本免维护。

降压控制柜43的作用在于：对二次电压进行平衡调节，弱化中性点的飘移；以及消除转切全压时的操作过电压。在降压器的输出端设置缓冲装置(缓冲阻抗)，使得电动机在转切全压时没有失电过程，保证电动机端电压与母线电压相角的一致性，从而消除了转切时的操作过电压，并使整个转切过程的物理过程清晰并可明确计算出来，从而可以预知转切时的状况，达到理想的转切效果。此外，在启动完成后，降压控制柜43内的出线断路器(未示出)分闸(即使出线断路器由合闸位置转为断开位置)，从而使降压器42与高压回路脱离。

在利用启动用的无功发生器45使软启动系统4启动之后，无功发生器45退出。这时，为了满足电网中电动机等无功需求以及系统中无功的损耗，利用电容器切换柜47将电容器(即，软启动器配的启动电容器)投入到供电系统中，以作为供电系统的无功功率补偿装置。这里，软启动器是指软启动装置，包括启动柜41、运行柜46、由降压器42和降压控制柜43构成的降压控制装置和由无功控制柜44和无功发生器45构成无功控制装置，并且在系统启动结束后，通过电容切换柜47将配置给软启动器的启动电容器切换至供电系统中。

优选地，无功发生器45为分组式安装。也就是说，为了使供电系统中无功功率补偿量能够满足要求，将无功发生器45分成几组，系统根据功率因数对分组的无功发生器45投入的组数进行控制。例如，在启动时，对于具体供电系统所需的无功功率的变化而言，可通过电容切换柜47来调整无功发生器45投入的组数。例如，在图4中，无功发生器45的数量为2组。

此外，无功控制柜44、降压控制柜42、电容切换柜47的尺寸同例如KYN开关柜尺寸，并且可与中压开关柜并列放置于配电室内。

顺便提及地，本实施基于电动机电流与转速存在着对应关系，且通过检测电流可以判断是否启动完成(同步机启动时由励磁柜检测转速来判断)。采用电流控制方式，当电动机启动电流降至额定电流的80％左右时，即判断启动完成，PLC进行切换操作。

在本实施例中，在实现电动机启动时，可以使网侧电流控制在电动机额定电流的1.5倍以内，最小可达到额定电流，电动机启动端电压大于额定电压的65％，10kV母线电压控制在90％以上，启动时间在60秒以内。同时，电网的压降一般不大于10％，最大不超过15％。这样，不仅能满足系统对启动的要求，还可以很好的保护电力系统及机械装置。

在本实施例中，在实现电动机启动时，不会产生高次谐波电流，不产生操作过电压，不产生切换冲击，不会对系统造成安全隐患。

在本实施例中的带无功功率补偿装置的软启动系统中，利用电容切换柜来实现软启动和供电系统对无功功率需求的切换，将软启动器配的启动电容器作为正常供电系统中的无功功率补偿装置，这避免的重复配置无功功率补偿装置，进而节约了成本。这种构造适用于在接有大型高压鼠笼电动机或可异步启动的同步机的供电系统中用高压软启动装置启动并在启动结束后将无功发生器通过电容切换柜投入到供电系统中作为无功功率补偿。

Claims

1.一种软启动系统，其特征在于，包括

启动柜，所述启动柜使电动机启动以接入供电系统；

降压控制装置，所述降压控制装置降低启动所述电动机时的母线电压，并对降压过程进行控制；

无功控制装置，所述无功控制装置提供所述软启动系统适用的无功功率；

运行柜，在所述电动机启动后，接入所述运行柜；以及

电容切换柜，所述电容切换柜在所述电动机启动后，将所述软启动系统配置的启动电容器作为无功功率补偿装置切换成与所述运行柜协同运行。

2.根据权利要求1所述的软启动系统，其特征在于，所述降压控制装置包括：

降压器，所述降压器向所述电动机施加起动电压；以及

降压控制柜，在所述电动机启动后，所述降压控制柜消除接入所述运行柜时的操作过电压，并且将所述降压器从所述软启动系统断开。

3.根据权利要求2所述的软启动系统，其特征在于，所述无功控制装置包括：

无功发生器，所述无功发生器与所述电动机组成并联回路，以向所述电动机提供所述电动机启动时所需的所述无功功率；以及

无功控制柜，所述无功控制柜控制所述无功发生器，以提供适用的所述无功功率。

4.根据权利要求3所述的软启动系统，其特征在于，

所述无功发生器为分组式安装，并且所述电容切换柜根据所述无功功率的变化来调整要使用的所述无功发生器的组数。

5.根据权利要求3所述的软启动系统，其特征在于，

所述降压器和所述无功发生器构成为三相一体油浸式全封闭结构。

6.根据权利要求2所述的软启动系统，其特征在于，

所述降压控制柜为全封闭结构。

7.根据权利要求1所述的软启动系统，其特征在于，

在所述电动机启动时，启动电压大于所述电动机的额定电压的65％。

8.根据权利要求1所述的软启动系统，其特征在于，

所述电动机启动时的所述软启动系统的功率因数为0.2，接入所述运行柜后的所述功率因数大于0.89。

9.根据权利要求1所述的软启动系统，其特征在于，

在所述降压控制装置的控制下，所述母线电压的压降不大于所述母线电压的10％。

10.根据权利要求1所述的软启动系统，其特征在于，

在所述降压控制装置的控制下，所述母线电压的压降不大于所述母线电压的15％。