CN212572088U - 一种高压限流补偿软起动装置 - Google Patents

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刘德刚
王华斌
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Abstract

本实用新型公开了高压限流补偿软起动装置，包括起动柜、限流柜、无功控制柜，限流柜内三绕组变压器IB与运行开关IKM1并联，三绕组变压器IB的一次绕组通过起动柜连接三相高压电源母线，一个二级绕组并联着第一过电压保护器F1和调压开关IKM2，另一个二级绕组并联着第一电流互感器TAb1和无功控制柜，第一过电压保护器F1另一端接地，调压开关IKM2短接至三相高压母线，无功控制柜内包括两路并联至三绕组变压器IB的二级绕组的无功控制开关IIKM1、IIKM2，无功控制开关IIKM1、IIKM2分别通过一组无功发生器短接至三相高压母线，两组无功发生器的输入端还分别通过第二过电压保护器F2、第三过电压保护器F3接地，每组无功发生器包括三路并联的电容器组，三路电容器组分别并联着放电线圈TV。

Description

一种高压限流补偿软起动装置
技术领域
本实用新型涉及一种高压限流补偿软起动装置，属于无功补偿技术领域。
背景技术
由于电动机在起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。为了降低电机起动对电网电压的影响，中小型高压鼠笼交流异步电动机或异步起动的高压同步电动机，急需一种动电机装置，具有软启动功能使起动电流小且恒定、转矩大且逐步增加的软起动特性，不受环境温度变化的影响，起动时对电网影响很小，无电磁干扰。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种高压限流补偿软起动装置，在起动运行时将高压电源通过本装置为电机提供起动和运行电源，降低电机起动对电网电压的影响，提供电动机起动过程中所需要的部分无功功率。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种高压限流补偿软起动装置，包括起动柜、限流柜、无功控制柜，
所述限流柜内三绕组变压器IB与运行开关IKM1并联，三绕组变压器IB的一次绕组通过起动柜连接三相高压电源母线，一个二级绕组并联着第一过电压保护器F1和调压开关IKM2，另一个二级绕组并联着第一电流互感器TAb1和无功控制柜，第一过电压保护器F1另一端接地，调压开关IKM2另一端短接至三相高压母线，无功控制柜内包括两路并联至所述三绕组变压器IB的二级绕组的无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2，无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2分别通过一组无功发生器短接至三相高压母线，两组无功发生器的输入端还分别通过第二过电压保护器F2、第三过电压保护器F3接地，每组无功发生器包括三路并联的电容器组，所述三路电容器组分别并联着放电线圈TV。
进一步地，所述无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2分别通过第二电流互感器TAb2、第三电流互感器TAb3连接一组无功发生器。
进一步地，所述的高压限流补偿软起动装置还包括：可编程序控制器、电压电流转换隔离模块、人机界面，所述电压电流转换隔离模块的输入端分别与第一电流互感器TAb1、第二电流互感器TAb2、第三电流互感器TAb3信号连接，所述无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2、运行开关IKM1、调压开关IKM2还信号连接可编程序控制器信号输入端，所述电压电流转换隔离模块的输出端与可编程序控制器连接，所述的可编程序控制器的通过通讯电缆与人机界面连接。
进一步地，所述的可编程序控制器的输出端通过控制电路操纵运行开关IKM1、调压开关IKM2、无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2实现对运行开关IKM1、调压开关IKM2和两组并联无功发生器的投切控制。
进一步地，所述运行柜包括串联三相高压母线与限流柜的起动开关QF。
进一步地，所述三路电容器组别串联着熔断器。
本装置使用时，通过运行柜将本装置与10kV母线连接，在起动运行时将高压电源通过本装置为电机提供起动和运行电源。
起动过程：直接将运行柜起动开关QF合闸，首先运行开关IKM1断开，调压开关IKM2闭合，无功控制开关IIKM1和IIKM2闭合，使高压电机端在起动时并联无功控制柜，由它提供高压电动机起动过程中所需要的部分无功功率，进一步地为降低母线电流I1，高压电机端在起动时经三绕组变压器IB与调压开关IKM2组成的调压器接入电网，通过降低高压电动机机端电压的方式进一步减小电流。此时调压器的输出电流为电机电流ID与无功控制柜电流IC之差，输入电流为输出电流的k倍(调压器一二次电压比为1:k，k＜1)，即起动时从电网吸收的电流：I1＝k(ID-IC)。高压电动机降压起动后，随着转速的增加，电机端电压逐渐升高，起动转矩逐步增加。电机达到额定转速后，电流低于电机额定电流，起动完成后，运行开关IKM1合闸，将起动装置旁路，同时调压开关IKM2断开，无功控制开关IIKM1和IIKM2断开。
限流柜的作用是通过串联到回路中降低电机电压，给电机施加恰当的起动电压值。调压器输入为母线电压，输出为电机起动电压。
无功控制柜的作用是提供电机起动所需要的大量无功，减小从系统吸收的电流，从而减小对电网的影响。
本实用新型的高压限流补偿软起动装置特别适用于需要高压运行但功率等级较小的电机，本装置在使变压器与高压母线单独断开的接触开关，也没有设置使无功发生器与高压母线单独断开的接触开关，控制更加简单，整体可以实现一体化整柜安装，在保证性能的前提下，减少了控制工艺流程，降低的设计成本，开关少，故障点少，维护会更简化。
功率等级大的电机启动后，一般常年是不会停机的，所以如果电机起动完成后变压器、无功发生器不完全退出，而变压器、无功发生器设备带电，一旦变压器、无功发生器设备要检修，往往无法实现的。而且由于变压器、无功发生器长期带电如果出现绝缘或者其他故障导致电机停机会得不偿失，因此大电机启动设备的变压器和无功发生器需单独用接触开关与电动机电路进行隔离，起动柜、限流柜、无功控制柜无法做到一体化。而功率等级较小的电机有别于功率等级大的电机，小电机在使用过程中会因为工艺经常停机，运行安全要求也不高，因此变压器、无功发生器设备长期带电也没有问题。因此本实用新型的装置尤其适用于功率等级较小的电动机。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本实用新型高压限流补偿软起动装置的起动回路示意图；
图2是本实用新型的无功控制柜等效电路图；
图3是本实用新型的无功控制柜矢量图；
图4是本实用新型的变压器的接线图；
图5是本实用新型的变压器的接线图；
图6是本实用新型高压限流补偿软起动装置的控制回路的示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1～图2所示，本实用新型提供的高压限流补偿软起动装置，包括：限流柜2和和无功控制柜3，同时还需要起动柜1配套。通过起动柜1将本装置与10kV母线4连接，在起动运行时将高压电源通过本装置为高压电动机5提供起动和运行电源。
限流控制柜2包含运行开关接触器开关IKM1和三绕组变压器IB及其控制器等。三绕组变压器IB与运行开关IKM1并联，三绕组变压器IB的一次绕组通过起动柜1连接三相高压电源母线，一个二级绕组并联着第一过电压保护器F1和调压开关IKM2，另一个二级绕组并联着第一电流互感器TAb1和无功控制柜3，第一过电压保护器F1另一端接地，调压开关IKM2另一端短接至三相高压母线，三绕组变压器B采用自耦变变压器。
无功控制接柜3包含无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2，控制器等。三绕组变压器B的二级绕组并联着无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2，无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2分别通过一组无功发生器短接至三相高压母线，两组无功发生器的输入端还分别通过第二过电压保护器F2、第三过电压保护器F3接地，每组无功发生器包括三路并联的电容器组：电容器C11、电容器C12、电容器C13，和电容器组：电容器C21、电容器C22、电容器C23，电容器C11～C13并联着放电线圈TV11～13，电容器C21～C23并联着放电线圈TV21～23。两组无功发生器的输入端还分别通过第二过电压保护器F2、第三过电压保护器F3接地。电容器组C11～C13、电容器组C21～C23分别串联着熔断器F11～13、F21～23，无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2分别通过第二电流互感器TAb2、第三电流互感器TAb3连接一组无功发生器。
起动柜1包括串联三相高压母线与限流柜2的起动开关QF。
起动过程：直接将起动柜1合闸，首先运行开关IKM1断开，调压开关IKM2闭合，无功控制开关IIKM1和IIKM2闭合，使高压电机端在起动时并联无功控制柜，由它提供高压电动机起动过程中所需要的部分无功功率，进一步地为降低母线电流I1，高压电机端在起动时经三绕组变压器IB与调压开关IKM2组成的调压器接入电网，通过降低高压电动机机端电压的方式进一步减小电流。此时调压器的输出电流为电机电流ID与无功控制柜电流IC之差，输入电流为输出电流的k倍(调压器一二次电压比为1:k，k＜1)，即起动时从电网吸收的电流：I1＝k(ID-IC)。高压电动机降压起动后，随着转速的增加，电机端电压逐渐升高，起动转矩逐步增加。电机达到额定转速后，电流低于电机额定电流，起动完成后，运行开关IKM1合闸，将起动装置旁路，同时调压开关IKM2断开，无功控制开关IIKM1和IIKM2断开。
限流柜的作用是通过串联到回路中降低电机电压，给电机施加恰当的起动电压值。调压器输入为母线电压，输出为电机起动电压。
无功控制柜的作用是提供电机起动所需要的大量无功，减小从系统吸收的电流，从而减小对电网的影响。
无功控制柜等效电路及矢量图如图2-3所示：由图中可以看出，使用无功补偿后，电机从电网系统吸收的电流明显减少。
在起动过程不同的阶段，电机所需要的无功功率是变化的，为有效控制无功补偿所提供的无功容量，本装置采取以下三个措施。
(1)分级控制
将无功补偿可以产生的无功量设计为多组，在电机开始起动时需要的无功分量最大，就投入最多组的无功组。当电机转速逐渐升高，所需无功逐渐减少，逐级切除无功组，以限制电压波动、保持系统稳定。
(2)电压控制方式
根据电机端电压的情况投切无功补偿。在留有合理裕量的前提下，以电机端电压为控制点，到了某一定值时就切除某一组无功组。
(3)无功量控制策略
合理设置无功组容量的大小，以切除每个无功组时造成电压波动小于电机刚起动时电压波动的1/2为标准，进行各无功组的设计。
如图4-图5，三绕组变压器IB分为A型和X型结构形式，A型结构形式，如图4所示：其中A、B、C为高压侧接线端子，a1(a2、a3)、b1(b2、b3)、c1(c2、c3)为低压侧接线端子，X、Y、Z为星点接线端子。低压侧为三组电压输出，最低档电压输出端子为a3、b3、c3，最高档电压输出端子为a1、b1、c1，初次调试时接中间档a2、b2、c2。相邻两档输出电压相差300V(10kV系统时)或180V(6kV系统时)。
X型结构形式，如图5所示：其中A、B、C为高压侧接线端子，a、b、c为低压侧接线端子，X1(X2、X3)、Y1(Y2、Y3)、Z1(Z2、Z3)为星点接线端子。低压侧为三组电压输出，通过调节星点端子的接线实现调压。最低档电压输出时星点端子接X3、Y3、Z3，最高档电压输出时星点端子接X1、Y1、Z1，初次调试时按中间档电压输出接线，星点端子接X2、Y2、Z2。相邻两档输出电压相差300V(10kV系统时)或180V(6kV系统时)。
如图6，高压限流补偿软起动装置还包括：可编程序控制器PLC、电压电流转换隔离模块6、人机界面8，电压电流转换隔离模块6的输入端分别与第一电流互感器TAb1、第二电流互感器TAb2、第三电流互感器TAb3信号连接，用于比较第一电流互感器TAb1、第二电流互感器TAb2、第三电流互感器TAb3采集到的电流是否达到阈值，无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2、运行开关IKM1、调压开关IKM2还信号连接可编程序控制器PLC的信号输入端，用于采集各开关的开关状态，电压电流转换隔离模块6的输出端与可编程序控制器PLC连接，可编程序控制器PLC的通过通讯电缆与人机界面8连接，可编程序控制器PLC的输出端通过控制电路7操纵运行开关IKM1、调压开关IKM2、无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2实现对运行开关IKM1、调压开关IKM2和两组并联无功发生器的投切控制。控制电路7包括达林顿阵列集成块、中间继电器线圈，运行开关IKM1、调压开关IKM2、无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2实现对运行开关IKM1、调压开关IKM2各由一个中间继电器线圈控制开关状态，中间继电器线圈电连接达林顿阵列集成块，达林顿阵列集成块信号连接可编程序控制器PLC，用于放大可编程控制器输出的控制信号。
以上所述是本实用新型的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种高压限流补偿软起动装置，包括：起动柜、限流柜、无功控制柜，其特征在于，所述限流柜内三绕组变压器IB与运行开关IKM1并联，三绕组变压器IB的一次绕组通过起动柜连接三相高压电源母线，一个二级绕组并联着第一过电压保护器F1和调压开关IKM2，另一个二级绕组并联着第一电流互感器TAb1和无功控制柜，第一过电压保护器F1另一端接地，调压开关IKM2另一端短接至三相高压母线，无功控制柜内包括两路并联至所述三绕组变压器IB的二级绕组的无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2，无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2分别通过一组无功发生器短接至三相高压母线，两组无功发生器的输入端还分别通过第二过电压保护器F2、第三过电压保护器F3接地，每组无功发生器包括三路并联的电容器组，所述三路电容器组分别并联着放电线圈TV。
2.根据权利要求1所述的高压限流补偿软起动装置，其特征在于，所述无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2分别通过第二电流互感器TAb2、第三电流互感器TAb3连接一组无功发生器。
3.根据权利要求1所述的高压限流补偿软起动装置，其特征在于，所述的高压限流补偿软起动装置还包括：可编程序控制器、电压电流转换隔离模块、人机界面，所述电压电流转换隔离模块的输入端分别与第一电流互感器TAb1、第二电流互感器TAb2、第三电流互感器TAb3信号连接，所述无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2、运行开关IKM1、调压开关IKM2还信号连接可编程序控制器信号输入端，所述电压电流转换隔离模块的输出端与可编程序控制器连接，所述的可编程序控制器的通过通讯电缆与人机界面连接。
4.根据权利要求3所述的高压限流补偿软起动装置，其特征在于，所述的可编程序控制器的输出端通过控制电路操纵运行开关IKM1、调压开关IKM2、无功控制开关IIKM1、无功控制开关IIKM2实现对运行开关IKM1、调压开关IKM2和两组并联无功发生器的投切控制。
5.根据权利要求1所述的高压限流补偿软起动装置，其特征在于，所述起动柜包括串联三相高压母线与限流柜的起动开关QF。
6.根据权利要求1所述的高压限流补偿软起动装置，其特征在于，所述三路电容器组别串联着熔断器。
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