CN203775089U - 一种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

一种高压鼠笼型电机自励降压补偿软起动装置用主回路。属于高压笼型电机软起动技术领域。它主要是解决起动过程中失励转换成开路状态时运行安全问题和旁路跃变冲击电流问题。它的主要特征是：特型自励起动变压器第一端口经自励起动断路器与配电变压器连接；特变第二端口电机、旁路全压运行断路器和10kV或6kV母线连接；特变第四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相连。具有减小特变失励转换成开路状态感生电压，并对运行旁路短接阶跃冲击电流也有一定抑制作用，主要用于高压笼型电机的自励降压补偿软起动装置主回路。

Description

一种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

本实用新型属于高压鼠笼型电机软起动技术领域。具体涉及一种用于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

目前随着对于高压笼型电机起动而言，要解决降压限流的软起动目的，就必须在起动性能上满足以下条件：

其一，起动容量必须适应电网最小短路容量限制； 

其二，电动机起动时，其端子电压应能够保证被拖动机械要求的起动转矩（即起动力矩大于拖动负载阻力矩），且在配电系统中引起电压下降不应妨碍其他用电设备的正常工作，母线上电压应符合网侧压降标准要求；

其三，软起动降压限流可以使负载设备承载起动冲击，起动时间小于电动机自身允许的时间，属于电机热时限保护耐受范围之内；

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，经过改进后自耦式降压补偿软起动设备只改进自耦变压绕组载流能力提高，在失励转换全压运行时，自耦变压器变成失去了自耦变压作用，整个自耦变压器呈开路状态，由于自耦变压器绕组结构形式没有得到根本性改变，所以，此时自耦变压器其实就成了一个升压变压器开路运行状态，对于变压器绝缘和运行安全会有一定隐患，极易造成线路过电压保护；

    其四，在自耦变压器二次侧并联无功补偿设备，由于自耦变压器自身阻抗、补偿电容阻抗、电动机阻抗，在电机起动瞬间变化趋势不同，所以，在失励由自耦转换电抗器状态时，自耦绕组上压降会有一定陷落，造成系统母线电压会出现瞬间电压陷落和瞬态的电流冲击；

 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

本本实用新型是针对背景技术中提到的高压笼型电机降压起动通用技术不足，设计的一种具备降压补偿限流功能的三段式起动转运行状态完美过渡和衔接，很好控制网侧起动回路冲击电流，抑制网侧起动电压波动，并对运行旁路短接冲击浪涌电流也有一定的抑制作用，适用于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：一种高压鼠笼型电机自励降压补偿软起动装置用主回路，包括含有三相自励降压变压器绕组的特型自励降压变压器，该三相自励降压变压器绕组分为自励起动降压串联绕组，自身公共绕组两部分，其中自身公共绕组中含有变磁通调零变压绕组；该特型自励降压起动变压器设有四个对外连接端口，其中，第一对连接端口接自励起动降压串联绕组输入端，另一端经自励起动断路器与配电变压器输出端出线断路器输出端的10kV或6kV母线连接，第二对外连接端口接自励起动降压串联绕组输出端，另一端与高压笼型电机和旁路全压运行断路器的一端连接；其特征在于：所述的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；所述的自身公共绕组三组自励变磁通调零抽头分别与无励磁手动调零分接开关相连；所述的第三对外连接端口与无励磁手动调零分接开关相连，另一端与特型自励降压变压器星点公共端相连；所述的第四对外连接端口接自身公共绕组输入端，另一端接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接高压笼型电动机和旁路全压运行断路器，旁路全压运行断路器的另一端与10kV或6kV母线连接；当联络断路器断开，就将该特型自励降压起动变压器的自励起动降压串联绕组和自身公共绕组进行了有效切断，使得原来的自耦降压变压器状态变为隔离变压器开路状态。

本实用新型的技术解决方案中所述的10kV或6kV母线与特型自励降压起动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电机就地运行补偿电路。

本实用新型的技术解决方案中所述的特型自励降压起动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，各个星点公共端都是封闭悬空的。

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在考虑到中性点变磁通调压方式，不至于过激励磁，以及保证自励起动串联绕组电抗器特性过流能力，在变压器铁芯结构、选型设计和自励起动串联绕组载流能力设计方面皆有独特考虑，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，起动补偿单元的电容器组迅速退出系统，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运行过程中，自励绕组的电感由于脱离了自耦变压器结构形式（由自励降压变压器状态转变为隔离变压器的开路状态），电抗器特性变化趋势较为明显，可以较为平稳过渡转换到全压全速的运行状态。

本实用新型能够很好适应高压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、特型自励变压器采用各自独立自励串联绕组和公共绕组在起动过程不同时刻里的组合与分断，使得三段式的起动过程（自励恒压限流软起动状态、电抗器维持降压运行状态、电机转全压全速运行状态）过渡平稳，使得失励转换过程中，自励串联绕组和自身公共绕组由串联自耦连接状态变为双绕组隔离变压器开路状态，使得开路升压状态幅值大大减小，对于变压器安全运行和绝缘保护起到至关重要作用，同时对于自励变压器退出起动状态时联络柜断路器的开断电流大大降低；3、由于特型变压器自耦阻抗、补偿电容阻抗、电动机阻抗，在电机起动瞬间变化趋势不同，其中特型变压器自耦阻抗、电动机阻抗的感值大小随流过电流大小而不断变化的，在失励转电抗器维持降压运行状态时，自励串联绕组脱开自身公共绕组而成为独立串入起动回路电抗状态绕组，其电抗器特性变化更趋明显，保证了降压轻载运行状态直接转换成全压全速过程中，有效避免了因电机端电压突变造成瞬间跃变浪涌电流冲击的问题； 4、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。 

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。

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QF1，2、起动补偿断路器QF2，3联络断路器QF3，4、旁路全压运行断路器QF4，5、进线断路器QF5，6、起动补偿单元C1，7、高压笼型电机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、特型自励降压起动变压器内部T1自励起动绕组L1，11、特型自励降压起动变压器T1内部自身绕组（内含变磁通调零绕组）L2，12、配电变压器T2，13、10kV或6kV母线。

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QF5输入端，进线断路器QF5的出线端接通10kV或6kV母线13，母线得电后再接入自励起动断路器QF1进线端，自励起动断路器QF1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L1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另一端旁路全压运行断路器QF4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QF4输入端与电网10kV或6kV母线13相连接，特型自励降压起动变压器T1对外接口④分为两路输出，对外接口④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，对外接口④的另一路与联络断路器QF3输入端相连，联络断路器QF3输出端与旁路全压运行断路器QF4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QF4输入端与电网10kV或6kV母线13相连接，特型自励降压起动变压器T1对外接口④与特型自励降压起动变压器T1自身绕组L2相连，自身绕组变磁通调零绕组L2另一端与内部无励磁手动调零分接开关K相连，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触点经与无励磁手动调零分接开关输出端连接，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对外接口③连接，对外接口③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QF5，电网主母线通过配电变压器T2经进线断路器QF5为10kV或6kV母线13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QF3，最后接通自励起动断路器QF1，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，由于起动电流迅速回落和起动回路母线电压回升，起动补偿单元C1补偿容量较大，会在串入起动回路的自励起动绕组上产生电抗压降，这段压降决定着母线过电压幅值是否超过10kV或6kV母线运行电压限值，这时独立运行自励起动绕组电抗值变化趋势决定着该绕组感生压降大小，该段电抗值设计来源于特型自励起动变压器铁芯特殊设计和自励起动绕组内部特殊设计所保证的，及时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，电机将恢复自然功率因数降压运行状态，断开联络断路器QF3，特型自励起动变压器T1进入失磁状态，这时特型自励变压器内部自励起动绕组与其流过降压运行电流大小而成明显电抗器状态，电抗器特性虽有一定非线性变化，但变化趋势不明显，所以，自励起动绕组L1独立串入起动回路形成电感状态可以继续维持电机降压轻载运行状态，此时特型自励起动变压器T1自身绕组L2完全退出起动回路，并与独立串入起动回路自励起动绕组L1呈隔离感生小幅升压变压器开路状态，此回路开路电压由联络断路器QF3承担，此时接通旁路全压运行断路器QF4，使电机进入全压全速运行状态，同时及时断开自励起动断路器QF1，使特型自励起动变压器T1退出了起动、运行回路，特型自励起动变压器T1对外接口②带电不影响特型自励起动变压器退出状态。

在图2中：13、就地补偿断路器QF6，14、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13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QF5，电网主母线通过配电变压器T2经进线断路器QF5为10kV或6kV母线13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QF3，最后接通自励起动断路器QF1，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，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，断开联络断路器QF3，特型自励起动变压器T1进入失磁状态，这时特型自励变压器内部自励起动绕组与其流过降压运行电流大小而成明显电抗器状态，电抗器特性虽有一定非线性变化，但变化趋势不明显，所以，自励起动绕组L1独立串入起动回路形成电感状态可以继续维持电机降压轻载运行状态，此时特型自励起动变压器T1自身绕组L2完全退出起动回路，并与独立串入起动回落自励起动绕组L1呈隔离感生小幅升压变压器开路状态，此回路开路电压由联络断路器QF3承担，此时接通旁路全压运行断路器QF4，使电机进入全压全速运行状态，同时及时断开自励起动断路器QF1，使特型自励起动变压器T1退出了起动、运行回路，特型自励起动变压器T1对外接口②带电不影响特型自励起动变压器退出状态，此时接通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无功补偿。

本实用新型将大功率笼型电机起动过程有效分为三个阶段：

第一阶段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。

第二阶段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，平稳过渡转换到全压运行状态。

第三阶段接通全压到电机端，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中：10-1、特型自励起动变压器内部自励起动绕组La1，10-2、特型自励起动变压器内部自励起动绕组Lb1，10-3、特型自励起动变压器内部自励起动绕组Lc1，9、有三个抽头J1、J2、J3的手动分接开关K，11-1、特型自励起动变压器内部自身绕组La2，10-2、特型自励起动变压器内部自身绕组Lb2，10-3、特型自励起动变压器内部自身绕组Lc2。

实施例3如图3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三相工作电源，特型自励降压变压器的A相La1绕组10-1、B相Lb1绕组10-2、C相Lc1绕组10-3分别于自励起动绕组的输出端相连特型自励起动变压器A、B、C三相的对外接口②，输出分别接U1、V1、W1三相，特型自励降压变压器的A相La2绕组11-1、B相Lb2绕组11-2、C相Lc2绕组11-3分别于自励自身绕组的输入端相连特型自励起动变压器A、B、C三相的对外接口④，输入分别接U2、V2、W2三相，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。

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起动绕组La1、自励起动绕组Lb1、自励起动绕组Lc1三路经对外接口②的输出接U1、V1、W1三相，对外接口④的输入U2、V2、W2三相，三相自励变压器绕组通过内部自身绕组La2、自身绕组Lb2、自身绕组Lc2三路经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作用是使自励起动变压器接成星点悬空。

当特型自励变压器要实现自励起动变压器自耦调压状态时，可以将三相自励变压器绕组通过内部自励起动绕组三路经对外接口②的输出接U1、V1、W1三相与三相自励变压器绕组通过内部自身绕组对外接口④的输入U2、V2、W2三相短接，该状态可以实现自励起动变压器对于电动机可以实现自励降压限流起动目的，断开三相自励变压器内部输出U1、V1、W1自励起动绕组三路对外接口②和三相自励变压器内部自身绕组对外接口④的输入U2、V2、W2三相短接状态，那么该特型自励起动变压器内部的三相自励起动绕组La1、Lb1、Lc1和三相自身绕组La2、Lb2、Lc2都成为各自独立绕组线圈，只是由于公用一个三相铁芯，所以，由原来自励变压器结构形式变化成了隔离变压器结构形式，这样一种内部结构形式改变，对于该特型自励变压器在电动机起动回路应用起动至关重要作用，由于电动机起动完成后，三相自励变压器内部自励起动绕组三路对外接口②和三相自励变压器绕组内部自身绕组对外接口④及时断开，三相自励变压器内部自励起动绕组三路依然串接在电动机三相起动回路中，这时特型自励变压器内部自励起动绕组与其流过降压运行电流大小而成明显电抗器状态，电抗器特性虽有一定非线性变化，但变化趋势不明显，可以维持电动机降压运行转全压全速运行旁路转换条件，并且由于此时三相自励变压器绕组内部自身绕组已经全部退出起动回路，该三相绕组和依然串入起动回路的三相自励起动绕组呈现隔离升压变压器感应状态，所以，在三相自励变压器绕组内部自身绕组上有一定开路感生电压存在，感生电压大小是由三相自励起动绕组与三相自身绕组有效匝数所决定的。

Claims (3)

1.一种高压鼠笼型电机自励降压补偿软起动装置用主回路，包括含有三相自励降压变压器绕组（L1、L2）的特型自励降压变压器（T1），该三相自励降压变压器绕组（L1、L2）分为自励起动降压串联绕组（L1），自身公共绕组（L2）两部分，其中自身公共绕组中含有变磁通调零变压绕组；该特型自励降压起动变压器（T1）设有四个对外连接端口（①、②、③、④），其中，第一对连接端口（①）接自励起动降压串联绕组（L1）输入端，另一端经自励起动断路器(QF1)与配电变压器(T2)输出端出线断路器(QF5)输出端的10kV或6kV母线（13）连接，第二对外连接端口（②）接自励起动降压串联绕组（L1）输出端，另一端与高压笼型电机（M）和旁路全压运行断路器(QF4)的一端连接；其特征在于：所述的特型自励降压起动变压器（T1）内部还装有三档无励磁手动调零分接开关；所述的自身公共绕组（L2）三组自励变磁通调零抽头分别与无励磁手动调零分接开关相连；第三对外连接端口(③）与无励磁手动调零分接开关（K）相连，另一端与特型自励降压变压器(T1)星点公共端相连；第四对外连接端口（④）接自身公共绕组（L2）输入端，另一端接起动补偿断路器（QF2）和联络断路器的（QF3）的一端连接，起动补偿断路器(QF2)的另一端与电容(C1)星点公共端之间串接起动无功补偿单元，联络断路器(QF3)的另一端接高压笼型电动机（M）和旁路全压运行断路器(QF4)，旁路全压运行断路器(QF4)的另一端与10kV或6kV母线（13）连接；当联络断路器(QF3) 断开，就将该特型自励降压起动变压器（T1）的自励起动降压串联绕组和自身公共绕组进行了有效切断，使得原来的自耦降压变压器状态变为隔离变压器开路状态。

2.根据权利要求1所述的一种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（13）与特型自励降压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）串联构成的电机就地运行补偿电路。

3.根据权利要求1或2所述的一种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：所述的特型自励降压起动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。