耿林博1 刘增奇2
（渭南市东雷二期抽黄工程管理局 陕西渭南 714000）
摘要：笔者从渭南市东雷二期抽黄灌区已运行的19座低压泵站入手，介绍了泵站安装的自耦降压启动柜、软启动柜和变频启动柜各自特点，以及在灌区泵站实际运行中的应用。最终认为软启动柜具有体积小、转矩可以调节、启动平稳、冲击小且具有软停机等优势，为低压泵站启动柜首选，值得在灌区泵站改造中推广使用。
关键词：低压电动机启动柜；软启动
1 灌区工程概况及各类启动柜安装情况
渭南市东雷二期抽黄工程是陕西省一座大型提水灌区，修建抽水泵站37座。其中低压泵站22座，已安装运行19座，安装机组69台套，目前安装自耦降压启动柜 38台套，安装软启动柜29台套，安装变频柜2台套。
2 低压启动柜类型
灌区泵站低压启动柜可分为以下种类型：星三角形降压启动、自耦降压启动柜、软启动柜和变频启动柜。星三角形不太常用，下面主要介绍其他三种常用的低压启动柜。
3 三种低压启动柜各自原理、优缺点和常见故障及分析
3.1自耦降压启动柜
原理：自耦降压启动器是通过自藕变压器调整输出电压的降压启动方式，在电路上串联热继电器加以保护。自藕变压器的输出档一般有3档，分别为40%、60%、85%原电压。
优缺点：优点是可以满足各种类别的负荷；能获得相对较大的启动转矩；成本较低。缺点是启动时间较长，易发生启动到运行不转换现象，进而烧毁自藕变压器；控制回路接线较多，出现问题排除费时费力；散热不好，不能频繁启动，冷启动最多连续3次，热启动最多连续2次。
常见的故障及原因分析
（1）启动→运行不转换。导致设备长时间处于启动状态，严重会烧毁自耦变压器。主要原因为控制回路的交流接触器、中间继电器的辅助触头损坏，或者是二次线的线头有松动现象。
（2）不能正常启动。由于控制回路元件多，接线较多，只要任何一个元件，任何一个节点出现故障，都会导致不能正常启动。
（3）主副交流接触器出现粘连。导致启动器一带电，负荷设备就会直接启动，造成的后果是大电流直接冲击电网，甚至破坏电机绝缘。主要原因是人为打磨交流接触器触头，导致触头上面氧化银的消失，只要触头一旦发热都会发生粘连现象。
（4）启动柜出现启动时着火现象。主要原因是启动柜接线过多，铜铝排和电缆的相间距以及线与柜边距太近，导致在某一区域发生短路现象而引起着火；有时也有可能是主回路连接处螺丝松动发热，长时间运行直至发热焦化失去绝缘性能。
二黄灌区自耦减压启动柜运行过程中的故障统计详见表1。
3.2软启动柜
原理：软启动采用串接于电源与电机间的软启动器、控制软启动器内部晶体管的导通角，使电机的输入电压从0以预设的函数关系上升，直到启动结束，最终赋予电机额定电压。软启动器的开始启动转矩可以通过设定的初始电压和启动时间进行调节，控制启动电流在2~4.5倍电机的额定电流以内。
优缺点：优点是启动转矩可以调节并能实现软停机；启动时基本没有冲击电流；启动过程中电流稳定，电动机启动比较平稳。缺点是启动时产生的高次谐波会影响到电网电压；价格相对较高，出现故障的维修费用较大。
常见故障及原因分析（见表2）
（1）、主板屏出现乱码或者没有显示，造成软启动柜无法正常启动。造成的原因可能有：a、软启动在使用过程中因启动设备产生的震动使软启动器内部接线松动甚至脱落。b、软启动器主板出现问题，需要更换主板。
（2）、软启动在启动过程中报故障信号，软启动不工作或启动失败。故障原因可能有：a、滤波板被击穿造成短路故障。b、软启动柜内可控硅出现故障，需要更换。
（3）、软启动在启动电机的过程中出现启动超时现象直至停止启动。可能的原因有：a、启动前没有盘车，造成启动负载过大。b、主板参数设置不合理，需要重新进行设置。
（4）、在启动时过热故障灯显示，软启动停止工作。可能的原因有：a、启动前没有做盘车试验，负载过大，造成启动时间过长从而引起过热保护。b、保护元件动作没有恢复，使接触器不能正常转换，软启动工作时间过长从而引起过热保护。c、启动太过频繁，造成温度过高，引起热继电器保护动作。
3，3、变频启动柜
原理：变频器是利用变频技术和微电子技术，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机。能实现根据负载要求调节电机转速、控制输出功率，提高功率因数，从而达到节能的目的。设置有过流、过压、过载和过热等保护措施。
变频器的优缺点：优点是启动时无冲击电流，能实现0速0电压启动；启动加速时间也可调节，这样即延长了电动机得寿命，同时也减少了对水泵等机械部分的磨损；可以根据出水量的要求，调节频率达到控制转速进而满足需要的负荷，实现了节能，同样也可以实现软停车，降低电机和机械部分磨损；不受电网供电电压的影响，能对最大转矩进行严格控制，保护电气和机械设备。缺点是价格昂贵，国内电网电压目前大功率故障相对较高，维修费用大；电磁干扰较大，电网电压会产生波形畸变。
3 变频器的常见故障及分析
（1）、变频器报故障停机，关闭电源重新送电故障代码又消除。原因是变频器电源电压不稳定，外界对变频器的干扰大或者变频器主板出现问题。
（2）、变频器不能正常启动。原因可能是环境温度太低或者自身问题。自身最常见的问题是整流二极管被击穿。造成击穿的原因有：a、自身质量问题。b、电网中电压电流产生波形畸变。
4自藕降压启动柜、软启动柜和变频柜三者性能比较及实际应用
4.1自耦降压启动柜和电抗器启动，星三角形启动方式一样，属于一种有级减压启动方式，存在明显的缺陷是启动过程中出现二次冲击电流。启动动作完成后自耦降压启动器脱离运行。
4.2软启动柜启动时使电机启动电流从零线性上升至设定值，无冲击电流，同时还可以引入闭环电流控制，使电机在启动过程中保持恒流，确保电机平稳启动。启动时只改变电压并没有改变功率。启动动作完成后，软启动器脱离运行。
4.3变频启动柜实则是最软的启动方式，它具备所有的软起功能，输出时不仅改变电压，而且还改变频率和功率，能实现改变交流电的频率达到对电机的调速，使其达到理想的负载。变频器启动和运行变频器持续工作，变频器始终不能脱离运行。
4.4 三者在实际应用中的性能比较（见表三）
在以上几种起动控制方式中，自耦降压启动柜因其成本低，维护相对软起和变频控制容易，目前在实际应用中还有很大比重。但因其控制线路较复杂，端子排接点较多，在实际运行中，故障率相对还是比较高。多年的运行和检修经验告知，很多电气故障都是电气元件的触点和端子排连线接触不良引起的。随着科学技术日新月异的发展，逐步被软起动柜和变频启动柜所取代；软启动柜具有启动电流小，对电机冲击小，起动较平稳，减少了对电机水泵的冲击转矩，延长了电气机械的使用寿命，还具有软停车功能，避免了高扬程的水锤效应。同时具有体积小，设备元件少。故障率偏低等优点。变频启动柜主要应用于负载变化大需要调速的场合，水泵一般出水恒定很少需要调节，自变频柜上市以来，尤其是大功率故障率偏高。结合灌区实际和经济方面的考虑，自耦降压启动柜是一种老式的启动设备，逐渐被市场淘汰，变频柜由于运行过程中变频器一直处于工作状态，大功率的变频器长期工作，故障率就相对其他的启动器要高得多。由于其价格昂贵，维修起来费用要大得多，处于经济方面的考虑，灌区目前很少采用。而软启动柜无论在实际应用中还是经济方面的考虑，都是最适合的低压大功率电机起动器。目前，灌区已改造流曲站4台、董家站6台、太来站4台，共计14台自耦降压启动为软启动柜，改造南阳站1台变频为软启动柜，共计改造15台。改造后经过多年运行，设备故障率显著降低，使灌区机电设备的安全运行率大大提高。
结语
综合以上的分析和比较，软启动器在低压启动设备中具有启动转矩大，而且可以调节，设备启动时间长，有软停机的功能，元件少，维修量小，故障率低等优点，是性能较好的低压电动机启动控制设备。值得在灌区的泵改中推广使用。
参考文献：
[1]渭南市二黄局机电设备设备故障统计表。
[2]“ABB变频器”常见故障及排除方法。
作者简介：
耿林博（1976—），男，陕西澄城人，工程师，渭南市东雷二期抽黄工程管理局主要从事泵站机电运行和管理工作。
刘增奇（1974—），男，陕西人富平人，工程师，渭南市东雷二期抽黄工程管理局主要从事泵站机电运行和管理工作。
论文作者:耿林博1,刘增奇2
论文发表刊物:《电力设备》2015年4期供稿
论文发表时间:2015/12/4
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