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如何设计高、低压电机“电液变阻启动柜”
时间:2014-6-4 中国电力电工网

所谓“电液变阻启动柜”也就是中国人所说的高低压电机软启动装置,所不同的是在启动高低压绕线电机或高压鼠笼电机时在启动装置上设计了一道“电液变电阻软启动装置”和一款多功能自动保护装置,该设备的软启动特点:是在起始电流:IQ≤1.3Ie倍节能情况下,可对以上两种系列高、低压大功率电机380V~10KV/800KW~4000KW可作连续性频繁启动,该产品克服了过去传统频敏变阻器、电阻、油浸电阻起动起动电流大、操作不便、不能连续起动等诸多不足,彻底解决了大中型电机起动难的问题,其卓越的起动性能受到广大用户的普遍好评。
    如何设计高低压 “电液变阻启动柜新产品常见问题首先要了解以下七个主要项目:
    其一要了解“电液变阻启动柜”技术性能特点、工作原理与操作功能?
    其二要了解高低压“电液变阻启动柜”执行国家标准、企业标准、产品认证哪些主要项目?
    其三要了解国内市场近年来 “电液变阻启动柜的发展趋势与“电液变阻启动柜”在工业
的应用范围;
   其四要了解高低压“电液变阻启动柜” 电气控制原理图和需要哪些测试仪器设备?
   其五要了解高低压“电液变阻启动柜” 产品生产工艺、材料和技术要求;
   其六要了解电液槽中电阻粉配制及高压电机功率与电液变阻值之间的计算方法;
      其七要了解高低压“电液变阻启动柜”产品型式试验和出厂检验方法;          
图1  (附CDYZG电液变阻启动柜外形尺寸与安装尺寸图)

 

图2   (附 CDYZG 电液变阻启动柜仪表分布图与接线图)
              
其一首先要了解 “电液变阻启动柜技术性能特点、工作原理与操作功能?
表1  技术性能特点数据表 
 
项      目 性    能   特   点   
起动起始电流 IQ≤1.3Ie   
起动时间 10~60s(预整定,现埸可调定)   
起动次数 连续起动3~10次(环境温度25℃)   
电液槽内正常工作温度 0~60℃,超过60℃自动报警,控制单元无法启动   
外壳防护等级 IP40        
户内式电气设备环境温度 -5℃,-15℃,-25℃且在24h内测得的温度平均不超过35℃   
相对湿度 日平均不大于95%、月平均不大于90%   
海拔高度 不大于2000米   
地面倾斜度 不大于5°   
安装地点 无火灾、爆炸危险、化学腐蚀及剧烈震动。 

技术要求:
1:电液变阻启动柜控制装置技术要求响应
液体变阻启动柜采用国内名牌优质电器元件组成,由二次自动控制电路来完成电机的软启动工作和各种自动保护功能,其特点是电液变阻启动柜工作稳定可靠,用户易于操作维修,各种零部件在本地易购置。
2:正常工作条件和安装条件
环境温度:最高为+40℃,相对湿度在最高温度为+40℃时,其相对湿度不得超过50%,例如:+20℃时相对温度为90%。最低气温不得低于–5℃(或+5℃),且其24h内的平均温度值不超过+35℃。对于安装在周围空气温度明显地超出规定的正常使用条件处的设备,优先选用最低和最高温度的范围规定为:
      对严寒气候,-25℃和+40℃
      对酷热气候,-5 ℃和+50℃
海拔高度:≤2000m;
地面倾斜度不大于5°;
空气相对湿度:不超过90%;
外壳防护等级:IP40
使用场所不得有爆炸性、可燃性的介电,不应有腐蚀金属和破坏绝缘的气体。
3:电液变阻启动柜工作原理:
它是通过在电机转子回路中串入液体电阻,自动无极调整该电阻使其大变小最后为零,实现电机降压无冲击地平滑起动380V~660v~3kv~6kv~10kV/75kW~4000kW绕线式异步电动机和高压鼠笼式电机的起动。
4: 操作功能
 
(表1 )       功  能  选  择   
开机
步骤     
1步 人工将螺杆设置中间处—ABC三相电相位校正 三相相位正确—合上总闸电机顺时针转动—螺杆上升   
2步 螺杆在上升—挡板碰上行程开关—电机自动控制停止 手按柜体仪表旁“试验按钮”不放 — 螺杆自动下降   
3步 螺杆在下降—自控—负载接通—螺杆自动上升 螺杆在上升—挡板碰上行程开关—电机自动控制停止—手动开机全程结束。   
备注 若想重新开机—手按“试验按钮”不放—螺杆自动下降—自控负载接通—螺杆上升—挡板碰上行程开关—电机自控停止。 
其二要了解高、低压“电液变阻启动柜”执行国家标准、企业标准、产品认证哪些主要项目?
1:本产品标准参照GB/T3797-2005《电气控制设备》的规定进行编制;
2:本标准参照GB/T 11022-2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》的规定进行编制;
3:企业标准:Q/DLX 346—2013;
4:本标准适用于三相交流50HZ,额定工作电压:380v、660v、3kv、6kv、10kv,额定功率为75kW~4000kW绕线式交流异步电动机的重载平滑起动,其电机工作电流:100A~2000A的电液变阻启动柜系列的生产、检验、包装、运输和贮存;
5:产品主要认证项目:
外观和标志,电气间隙和爬电距离,介电性能,保护电路有效性,通电操作试验,连续运行试验。
其三要了解国内市场近年来 “电液变阻启动柜的发展趋势与“电液变阻启动柜”在工业中的应用范围;
1:关于《水液变电阻起动装置》和《高低压电液变电阻起动装置》柜的评审:
      曾几何时,武汉大学、华中科大、武汉理工大学、湖北工业大学、国网武汉高压研究院、湖北省机电研究院等单位的专家和领导组成的评审团,对电机《水液变电阻起动装置》和《高低压电液变电阻起动装置》柜等两个产品标准进行了认真地讨论和审议,并提出了详细的修改意见。评审专家组一致同意通过该标准的评审,经过修订后作为地方标准批准发布实施。
近几年来,在国家电网公司、南方电网公司及湖南、广西、河北、贵州、江西、江苏、天津、河南、四川等省多项大中型变电站和发电厂的重点工程在招投投标中,本集团公司评标总分屡屡名列前茅。特别是近年来集团下属分公司产品在长江三角洲、珠江三角洲及津京等重要市场占有主要份额。
2:产品应用范围;
绕线电机或鼠笼式电机“电液变电阻起动柜”可广泛用于水泥、化工、钢铁、冶金、矿山等行业,其功率适应范围在75KW~4000KW绕线式异步电动机。
其四要了解高低压“电液变阻启动柜” 电气控制原理图和生产中需要哪些测试仪器设备?
  1:电气控制原理图
     
  2:测试仪器、设备
XC—6高压试验操作台、CD—1000直流发电机试验台、ZL%智能LCR测量仪、三相电力谐波分析仪、XHP—02进相器试验台、工频耐压试验装置、低压电器试验装置、交流电动机、100M双踪双扫示波器、整机试验设备、各种计量控制仪等若干台。
其五要了解高低压“电液变阻启动柜” 产品生产工艺、材料和技术要求;
    1:产品生产工艺
合同评审     下达生产计划     技术设计    机械加工      柜体成型
                  表面处理      机械装配      电气器件装配      一次线制作
        二次线制作       电气总装      电气静电调试      动态调试
        出厂检验        成品入库       发货
   2:材料和技术要求
电液变阻启动柜采用优质冷扎钢板制作,为框架式组合结构,整柜装配精度高,吊装搬运及安装时不变形,表面采用酸洗喷塑处理,柜内一次进出线均采用电缆连接下进下出。
3:柜体要求
电气室内安装有各种用于在主机起动过程中参与控制保护的二次电气元件,门上安装有计量仪表、操作开关、信号灯、室的下部安装的是二次外接端子排,电气室的电源为AC:380V/15A,为方便维护及安装,室内还留有AC:36V安全电源用于调试测量液态软起动装置起动电阻值。
4:电液箱要求
电液箱采用高分子材料制作而成,耐腐蚀、耐磨损、耐高温100℃,使用寿命长,电液箱在柜体下部,箱内安装有液体电阻的动、定极板,在主机起动过程中正是通过控制 改变它们之间的间距来实现软起动的。箱内还设有液体过低、液温过高等保护开关,在主机起动前一亘液位低于液面线,就有报警输出,同时产生电气联锁禁止起动。
电液箱是本装置的核心之一,只有在箱体完好、状态(包括液温、液位)输出正常、动定极板位置适宜,本柜才能输出允许起动信号,主机才能完成起动合闸。
5:传动机构
极板由高纯度紫铜经特殊性工序制作。传动机构在柜内上部,主要作用是传动电机经传动组件带动极板运动以改变电阻大小来实现软件启动。电阻的大小对应有四个特征位置,分别有四个位置开关,即上行程开关,上限位开关(初限位),下行程开关,下限位开关(末限位)。其中初限位和下限位开关的间距,是本装置的有效控制行程。初限位开关位置开关是初限位开关位置的后备,作用是控制传动传达室动机构上升(复位)时的准确停车:末限位保护位置开关是末限位开关的后备,作用是控制传动机构下降时的准确性停车。
6:电液变阻启动柜控制方式
         a、根据用户要求:液体变阻启动柜可以设计集中控制方式,由中央计算机(DCS)进行远程控制。
b、机旁控制:在控制柜上可单机开停液体变阻启动的设备也可以按程序开停电液变阻启动柜
 其六要了解电液槽中电阻粉配制及高压电机功率与电液变阻值之间的计算方法;
  1:液体起动电阻控制及配制方法:
2:液体起动电阻值R0的估算方法:
  各个厂方对起动电阻值提供了不同的计算方法,我公司采用公式1的方法计算,简单方便,更重要的是适合在负荷状态下观察调整。
公式1:      
公示1中,Ue-电动机额定工作电压(V);Ie-电动机额定电流(A);K-电机直接起动倍数,取5~7;Ks-液体电阻启动倍数,取2.5~3。
3:液体电阻的配制:
4: 配液用水最好是蒸馏水,也可用软化水,最低限度应是经过净置后过滤掉沉淀物的生活用水。 纯水、蒸馏水更有利于降低电阻值。 
   其七要了解高低压“电液变阻启动柜”产品型式试验和出厂检验方法;
    1:型式试验
型式试验用于验证电液变阻启动柜的设计是否符合本部分,试验项目见表10:
2:出厂试验
每台设备出厂前必须进行出厂试验,全部出厂试验项目检查合格后应挂合格证。
出厂试验中,如有不符合标准的地方,则该产品为不合格品,须返修并经再次试验合格后,方可发放合格证。
出厂试验项目见表10
表10  出厂检验项目汇总表
 
序号 检验或试验项目 抽样
检验 出厂
检验 型式试验 检验方案
AQL=2.5 GB/T3797-2005   
1 一般试验和标志检验 √ √ √    见第5.2.1   
2 电气间隙和爬电距离  √ √  见5.2.2   
3 外壳防护等级  √ √  见5.2.3   
4 绝缘电阻试验 √ √ √  见5.2.4   
5 介电性能试验 √ √ √  见5.2.5   
6 保护电路有效性试验  √ √  见5.2.6   
7 通电操作试验 √ √ √  见5.2.7   
8 连续运行试验   √  见5.2.8)   
9 电气性能试验   √  见5.2.9   
10 温升试验 √  √  见5.2.10   
11 气候环境试验   √   (见5.2.11)   
12 振动试验   √   (见5.2.13)   
13 噪声试验   √   (见5.2.14)   
14 跌落试验   √   (见5.2.15)   
15 电磁兼容试验(EMC)   √  见GB/T 11022-2011
(见6.9)   
16 试验后开关设备和控
制设备状态   √  GB/T 11022-2011
(见6.9) 

3:试验方法
3.1 一般试验和标志检验
a)检查设备应符合制造图样及相应的标准,各种元件、器件安装应牢固、端正、正确;
b)检查设备的尺寸、形状及焊接应符合要求;
c)检查柜(台)体及面板的表面应平整,漆层应均匀;
d)检查设备门开启角度应不小于90。并应有启闭灵活;
e)检查所有机械操作零部件、联锁、锁扣、等运动部件的动作应灵活,动作效果应正确;
f)检查母线、导线的规格、尺寸、色标、相序、布置等应符合要求;
g)检查插件、抽屉的插接应良好;
h) 检查设备保护功能应符合要求;
i) 检查设备标志及应随设备出厂的技术文件与资料应整全。