CN203301403U - 大功率高压鼠笼型电机自励降压补偿软起动装置用主回路 - Google Patents

Abstract

大功率高压鼠笼型电机自励降压补偿软起动装置用主回路。属于笼型大功率电机软起动技术领域。它主要是解决自耦变压器起动合闸浪涌冲击和旁路跃变冲击电流问题。主要特征是：包含有两个“山”型硅钢片铁芯结构，其对接端口设有铁饼及两侧的绝缘板，构成特型自励起动变压器；特变第一端口经自励起动断路器与配电变压器连接；特变第二端口经起动补偿断路器、联络断路器与起动无功补偿单元、电机、旁路全压运行断路器和10kV或6kV母线连接；特变调零绕组经分接开关连第三端口与变压器星点之间串接串励控制断路器。具有削弱自耦变压器在起动瞬间浪涌冲击，并对运行旁路短接阶跃冲击电流也有一定抑制作用，主要用于大功率笼型电机的自励降压补偿软起动装置主回路。

Description

大功率高压鼠笼型电机自励降压补偿软起动装置用主回路

技术领域

本实用新型属于大功率高压鼠笼型电机软起动技术领域。具体涉及一种用于大功率高压鼠笼型电机的自励降压补偿软起动装置的主回路。

背景技术

目前随着我国工业化进行程的加快，在钢铁、化工等行业里，10000kW以上电动机使用已越来越多，这些大功率笼型电机普遍采用的都是降压起动方式，但从电机起动性能角度分析，所有降压限流起动方式都无法克服起动过程中的无功起动电流冲击和低电压起动时力矩不足的两个现实问题，起动中要想控制冲击电流（即起动电流），就只有通过降压方式来限流，限流越好，起动的瞬间机械冲击就越小，然而由于电机的力矩是和端电压平方成正比，电机端电压一旦降幅过大就无法满足起动转矩要求，这是大电机起动中不可回避的两个对立性的矛盾问题，这个平衡点来源于在起动瞬间要迅速补充部分电动机起动过程所需要的大量无功（起动完成后，这些无功必须及时切除，以免无功到送，影响电动机正常运行），减少从电网吸取的无功量，又要保证起动转矩的同时，降低电机端电压达到减弱因电机起动瞬间而引发较大冲击电流，抑制网侧电压陷落，真正保证前端变压器实际供电容量需求。

采用传统自耦变压器进行降压起动时，无可避免会产生三个突出问题：

其一，因为传统的自耦变压器制造工艺局限，决定了其自身短路阻抗都很小（一般短路阻抗电压百分比都在1～2%左右），所以其在起动投入瞬间总会造成一定瞬时浪涌峰值电流的冲击；

其二，传统自耦变压器起动的自身电气结构特点决定了在起动过程中，主回路会有极其短暂断电自起动过程，在这个转换过程中，电机会出现明显振动；

其三，经过改进后自耦降补软起动设备只改进自耦变压绕组载流能力提高，而没有改变其铁芯励磁内部结构，这样还是会面临一个无法克服技术难题：

在失励由自耦转换电抗器状态时，自耦变压器调压绕组不具备电抗器线性变化，不是完全意义上电抗器状态，所以，在降压转为全压运行状态时，系统母线电压会出现瞬间电压陷落和瞬态的电流冲击；并且该转换状态必须维持时间越短越好，以免不规律非线性变化电抗器阻抗对于大电流承受能力有限，而出现过流烧毁恶性事故。

 因此，传统降压起动方式（如水电阻、电抗器、自耦变压器、自耦降补软起动等）对网侧起动电流限制和浪涌冲击减弱方面均有一定局限性。

发明内容

本实用新型是针对背景技术中提到的大型高压笼型电机降压起动通用技术不足，设计的一种削弱自耦变压器在起动瞬间浪涌冲击电流峰值，并对运行旁路短接冲击浪涌电流也有一定的抑制作用，用于大功率高压鼠笼型电机自励降压补偿软起动装置的主回路。

本实用新型解决技术问题所采用技术方案是：一种大功率高压鼠笼型电机自励降压补偿软起动装置用主回路，包括由含有三相自励降压变压器绕组、两段“山”字型硅钢片铁芯、位于两段“山”字型硅钢片铁芯之间有三相铁饼及该三相铁饼两侧调节气隙的绝缘板构成的特型自励降压起动变压器；特型自励降压起动变压器设有三个对外连接端口，其中，第一对外连接端口经自励起动断路器与配电变压器连接，第二对外连接端口与起动补偿断路器和联络断路器的一端连接，起动补偿断路器的另一端与电容星点公共端之间串接起动无功补偿单元，联络断路器的另一端分别与大功率笼型电机和旁路全压运行断路器的一端连接，旁路全压运行断路器的另一端与10kV或6kV母线连接；其特征在于：特型自励降压起动变压器内部还装有三档无励磁手动调零分接开关； 三相自励降压变压器绕组的自身绕组三组自耦调零抽头分别与无励磁手动调零分接开关相连；无励磁手动调零分接开关另一端与特型自励降压起动变压器第三对外连接端口相连，第三对外连接端口与变压器星点公共端之间串接串励控制断路器。

本实用新型的技术解决方案中所述的10kV或6kV母线与变压器星点公共端之间连接有由就地补偿断路器、就地补偿电容器串联构成的就地运行补偿电路。

本实用新型的技术解决方案中所述的变压器星点公共端为特型自励降压起动变压器公共绕组短接成封闭变压器星点公共端，各个星点公共端是封闭悬空。

本实用新型由于采用由特型自励降压起动变压器、自励起动断路器、起动补偿断路器、起动无功补偿单元、联络断路器、旁路全压运行断路器、串励控制断路器构成的大功率高压笼型电机自励降压补偿软起动装置的主回路，其中，特型自励降压起动变压器所含的两个“山”型硅钢片的对接端口设有铁饼及该铁饼两侧的绝缘板，该两个绝缘板的厚度即间隙可根据大功率笼型电机的功率起动特性要求作适当调整，自励起动断路器与配电变压器连接，联络断路器与大功率笼型电机连接，旁路全压运行断路器的两端分别与10kV或6kV母线、大功率笼型电机连接，因而，起动时，特型自励起动变压器进入自藕变压状态，保证了电机实现恒压限流补偿软起动，同时由于在自耦变压器二次侧同时接入起动补偿单元，不但对起动回路功率因数得到补偿，也对网侧起动限流起到一定分流补偿作用，电机起动完成，转速接进额定转速时，特型自励降压起动变压器会进入失磁状态，保证了降压轻载运行状态直接转换成全压全速过程中，自励绕组的电感保持有明显的线性度，不会出现明显电压陷落，从而实现阶梯式的电压逐级平稳过渡转换到全压运行状态，彻底解决了因电机端电压突变造成瞬间跃变浪涌电流冲击的问题。

本实用新型能够很好适应高压大功率笼型电机实现以降低起动电流、保护电机、减少电网冲击为目的软起动方式，其显著特点为： 1、很好解决起动冲击电流和降压起动之间平衡关系，将大功率高压笼型电机的起动过程拆分为恒压限流软起动过程和电机端起动补偿分流的降补过程，恒压限流的作用在于利用自藕变压器特性降压限流，电机侧起动降补作用在于起动瞬间迅速补充部分电动机起动过程所需要的大量无功，减少从电网吸取的无功容量；2、将原有传统自耦变压器铁芯横向压紧结构形式，改变为既具备电抗器特性，又保持自耦变压器调压特性横向、纵向均需要压紧特型铁芯结构形式，保证了失磁自励电感特性有明显的线性度，保证了降压轻载运行状态直接转换成全压全速过程中，不会出现明显电压陷落，从而实现阶梯式的电压逐级平稳过渡转换到全压运行状态，彻底解决了因电机端电压突变造成瞬间跃变浪涌电流冲击的问题； 3、采用变磁通分接开关调零变压技术，使调零位置分接开关触头过流能力和耐压强度可以得到充分满足；同时由于自耦变进、出线安装位置固定，特型自耦变压器的3个档位短路阻抗值有明显变化，可根据电机起动力矩和起动限流峰值倍数不同需要，灵活调整调零抽头变比，达到限制特型变压器合闸浪涌峰值的同时，起到起动降压限流软起动目的；4、特型起动自耦变压器采用设计功率适度放大可以弥补铁芯开气隙后的功耗和效率略有损失问题，利用铁芯开气隙位置和调整气隙磁密可以控制、调整特型起动自耦变压器铁芯开气隙后所造成空载电流抬升和变压位置略有抬升虚浮电压的实际应用问题，可以很好地达到电抗器特性和自耦降压起动特性的完美统一。

本实用新型主要用于大功率高压笼型电机的自励降压补偿软起动装置的用主回路。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的主回路电气线路示意图。

图2是本实用新型实施例2的主回路电气线路示意图。

图3是本实用新型实施例3的特型自励降压变压器绕组接线原理图。

图4是本实用新型实施例3的特型自励降压变压器铁芯结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。

在图1中：1、自励起动断路器QF3，2、串励控制断路器QF1，3、起动补偿断路器QF2，4、起动补偿单元C1，5、联络断路器QF4，6、旁路全压运行断路器QF5，7、高压大功率笼型电机M，8、特型自励降压起动变压器T1，9、有三档调零抽头J1、J2、J3的无励磁手动调零分接开关K，10、自励起动变压器内部可调气隙铁芯，11、自励起动变压器内部自励绕组L，12、配电变压器T2，13、进线断路器QF7。

实施例1如图1所示。电网主母线通过配电变压器T2接通进线断路器QF7输入端，进线断路器QF7的出线端接通10kV或6kV母线，母线得电后再接入自励起动断路器QF3进线端，自励起动断路器QF3出线端接特型自励降压起动变压器T1的对外接口①，特型自励降压起动变压器T1内部自励降压起动变压器内部自励绕组L的对外接口②一端相连，特型自励降压起动变压器T1的对外接口②另一端分为两路输出，对外接口②的一路与起动补偿断路器QF2进线端连接，起动补偿断路器QF2出线端与起动补偿单元C1相连，起动补偿单元C1另一端短接成封闭电容星点公共端，特型自励降压起动变压器T1对外接口②的另一路与联络断路器QF4输入端相连，联络断路器QF4输出端与旁路全压运行断路器QF5输出端并接相连，并接点直接接通高压大功率电机M，而旁路全压运行断路器QF5输入端与电网10kV或6kV母线相连接，特型自励降压起动变压器T1内部的无励磁手动调零分接开关K内部调零抽头选取J1触点经与特型自励降压起动变压器T1自身调零绕组相连，无励磁手动调零分接开关另一端连接对外接口③输出端与串励控制断路器QF1输入端相连，串励控制断路器QF1输出端另一端将自励起动变压器公共绕组短接成封闭变压器星点公共端，特型自励降压起动变压器T1公共绕组短接成封闭变压器星点公共端，各个星点公共端都是各自封闭悬空的。

本实用新型实施例1的工作原理是：

主回路降压限流补偿起动回路是接通主回路进线断路器QF7，电网主母线通过配电变压器T2经进线断路器QF7为10kV或6kV母线供电，首先将无励磁手动调零分接开关K事先调整好调零抽头J1位置接通特型自励起动变压器T1自身调零绕组，接着接通串励控制断路器QF1，将特型自励起动变压器T1调零绕组短接成星点,再接通起动补偿断路器QF2，使起动补偿单元C1接入系统中，对起动回路功率因数进行补偿同时补充降压起动所需要无功，此时再接通联络断路器QF4，最后接通自励起动断路器QF3，使特型自励起动变压器T1进入自藕降压起动状态，电源接进高压大功率笼型电机M，实现电机恒压限流补偿软起动全过程。

主回路全压全速运行回路是电机降压起动完成转速接进额定转速时，串励控制断路器QF1失电断开，特型自励起动变压器T1进入失磁状态，自励绕组L进入线性电感状态继续维持电机降压轻载运行状态，此时电压抬升感抗值调整来源于特型自励起动变压器T1的内部可调气隙铁芯即两个绝缘板厚度所决定的，此时一则断开起动补偿断路器QF2，使起动补偿单元C1及时退出系统补偿状态，电机恢复运行自然功率因数状态，二则接通旁路全压运行断路器QF5，使电机进入全压全速运行状态，同时断开自励起动断路器QF3和联络断路器QF4，使特型自励起动变压器T1完全退出起动状态。

在图2中：14、就地补偿断路器QF6，15、就地运行补偿电容器C2。

实施例2如图2所示。与实施例1不同的是在的是在10kV或6kV母线和电容星点公共端之间连接有由就地补偿断路器QF6、就地补偿电容器C2串联构成的就地运行补偿电路。

本实用新型实施例2的工作原理是：

主回路降压限流补偿起动回路是接通主回路进线断路器QF7，电网主母线通过配电变压器T2经进线断路器QF7为10kV或6kV母线供电，首先将无励磁手动调零分接开关K事先调整好调零抽头J1位置接通特型自励起动变压器T1自身调零绕组，接着接通串励控制断路器QF1，将特型自励起动变压器T1调零绕组短接成星点,再接通起动补偿断路器QF2，使起动补偿单元C1接入系统中，对起动回路功率因数进行补偿同时补充降压起动所需要无功，此时再接通联络断路器QF4，最后接通自励起动断路器QF3，特型自励起动变压器T1进入自藕降压起动状态，电源接进高压大功率笼型电机M，实现电机恒压限流补偿软起动全过程。

主回路全压全速运行回路是电机降压起动完成转速接进额定转速时，串励控制断路器QF1失电断开，特型自励起动变压器T1进入失磁状态，自励绕组L进入线性电感状态继续维持电机降压轻载运行状态，此时电压抬升感抗值调整来源于特型自励起动变压器T1的内部可调气隙铁芯即两个绝缘板厚度所决定的，此时一则断开起动补偿断路器QF2，使起动补偿单元C1及时退出系统补偿状态，但却保持10kV或6kV母线经就地补偿断路器QF6闭合，接通就地运行补偿电容器C2，电机运行功率因数就会得到必要就地运行补偿，二则接通旁路全压运行断路器QF5，使电机进入全压全速就地补偿的运行状态，同时断开自励起动断路器QF3和联络断路器QF4，使特型自励起动变压器完全退出起动状态。

本实用新型将大功率笼型电机起动过程有效分为几个阶段：首先是实现自藕恒压起动补偿工作阶段，该过程中自励起动变压器满足自藕变压器恒压起动特性，同时在变压器二次侧实现了无功起动补偿分流作用，可以很好地将网侧输入容量起动电流控制在（1.5～1.0）倍电机额定运行电流，其次在电机起动完成转入正常的轻载降压运行时，特型自励起动变压器失磁转入自励电感维持电机稳定运行状态工作阶段，保证转换电压无陷落，转换过程冲击电流小，从而实现阶梯式的电压逐级平稳过渡转换到全压运行状态，最后接通全压到电机端，电机迅速转入全压全速正常运行状态工作阶段，至此完成了高压自励降压补偿软起动全部过程。

在图3、图4中：11-1、特型自励起动变压器内部自励绕组La，11-2、特型自励起动变压器内部自励绕组Lb，13-3、特型自励起动变压器内部自励绕组Lc，9、有三个抽头J1、J2、J3的手动分接开关K，16、小“山”字型硅钢片铁芯，19、大“山”字型硅钢片铁芯，17-1、A相铁饼，17-2、B相铁饼，17-3、C相铁饼，18-1、A相绝缘板，18-2、B相绝缘板，18-3、C相绝缘板。

实施例3如图3、图4所示。主要是介绍特型自励起动变压器的内部结构，特型自励起动变压器的绕组接线原理图的输入部分来自对外接口①的A、B、C三相，三相自励变压器绕组通过自励调零变压绕组经内部无励磁手动调零分接开关K的调零抽头选取J1触点与特型自励起动变压器A、B、C三相的对外接口③与X、Y、Z公共端相连，特型自励降压变压器的A相La绕组11-1、B相Lb绕组11-2、C相Lc绕组11-3分别于A相、B相、C相的输出端②相连，三相的对外接口②的输出分别接U、V、W三相，特型自励起动变压器的铁芯结构图的含有小“山”字型硅钢片铁芯16、大“山”字型硅钢片铁芯19两段“山”字型硅钢片铁芯，两段“山”字型硅钢片铁芯的对接端口设有A相铁饼17-1、B相铁饼17-2、C相铁饼17-3及该三相铁饼两侧调节气隙的A相绝缘板18-1、B相绝缘板18-2、C相绝缘板18-3，自励绕组的失励线性电感状态调整来源于特型自励起动变压器内部可调气隙铁芯即两个绝缘板厚度所决定的。 

本实用新型实施例3的工作原理是：特型自励起动变压器的绕组接线原理图的输入部分来自对外接口①的A、B、C三相，三相自励变压器绕组通过内部自励绕组La、自励绕组Lb、自励绕组Lc三路经对外接口②的输出接U、V、W三相，内部无励磁手动调零分接开关K的自励调零抽头选取J1a触点、J1b触点、J1c触点与特型自励变压器自身调零抽头相连，无励磁手动调零分接开关另一端与特型自励变压器A、B、C三相对外接口③输出端相连，特型自励变压器对外公共输出接口③与公共端口X、Y、Z相连，输出接口③作用是给串励断路器结成变压器星点悬空。

Claims (3)

1.一种大功率高压鼠笼型电机自励降压补偿软起动装置用主回路，包括由含有三相自励降压变压器绕组、两段“山”字型硅钢片铁芯、位于两段“山”字型硅钢片铁芯之间有三相铁饼及该三相铁饼两侧调节气隙的绝缘板构成的特型自励降压起动变压器（T1）；特型自励降压起动变压器（T1）设有三个对外连接端口（①、②、③），其中，第一对外连接端口（①）经自励起动断路器（QF3）与配电变压器连接，第二对外连接端口（②）与起动补偿断路器（QF2）和联络断路器（QF4）的一端连接，起动补偿断路器（QF2）的另一端与电容星点公共端之间串接起动无功补偿单元（4），联络断路器（QF4）的另一端分别与大功率笼型电机（7）和旁路全压运行断路器（QF5）的一端连接，旁路全压运行断路器（QF5）的另一端与10kV或6kV母线连接；其特征在于：特型自励降压起动变压器（T1）内部还装有三档(J1、J2、J3)无励磁手动调零分接开关（K）；三相自励降压起动变压器绕组的自身绕组三组自耦调零抽头分别与无励磁手动调零分接开关（K）相连；无励磁手动调零分接开关（K）另一端与特型自励降压起动变压器（T1）第三对外连接端口（③）相连，第三对外连接端口（③）与变压器星点公共端之间串接串励控制断路器（QF1）。

2.根据权利要求1所述的大功率高压鼠笼型电机自励降压补偿软起动装置用主回路，其特征在于：所述的10kV或6kV母线与变压器星点公共端之间连接有由就地补偿断路器(QF6)、就地补偿电容器（C2）串联构成的就地运行补偿电路。

3.根据权利要求1或2所述的大功率高压鼠笼型电机自励降压补偿软起动装置用主回路，其特征在于：所述的变压器星点公共端为特型自励降压起动变压器（T1）公共绕组短接成封闭变压器星点公共端，各个星点公共端都是封闭悬空的。

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