应用液态软起动技术改善离心冷冻同步电动机的起动性能中石化股份有限公司上海高桥分公司炼油厂杨国鸿谢庆辉1前言上海炼油厂酮苯装置离心式冷冻机组自投用以来发生了多次高速齿轮箱齿轮损坏造成机组停机的事故，对生产带来了相当大的影响。该机组是由重庆通用机器厂提供的ATL500-38/20离心式氨压缩机，低压缸转速为11750转/分，高压缸转速为17202转/分，驱动电机是上海电机厂生产的TDGT型高压同步电动机，功率为3200kW，转速为1500转/分，通过高速齿轮变速箱将转速从1500转/分提高到11750转/分和17202转/分，时间仅用8秒到12秒左右。该机组自1975年投用时就曾提出延长电机起动时间的要求，由于大型电动机起动复杂，起动受各种条件制约，限于当时的技术和设备制造水平，最后采用了电抗器降压起动方法，仅能延长有限的几秒钟的起动时间，但由于电抗器规格选定后无法根据工艺参数的变化改变电抗值，以获得合理的起动效果。在这样短的时间内把转速提高到高速轴的额定值，常会对齿轮箱产生较大的冲击而损坏齿轮。一旦出现重大损坏，其直接的维护更新费用就接近20万，损失巨大。因离心冷冻机组对电机起动转矩的要求不是很高，如果能降低起动转矩，延长电动机起动时间，可大大减轻电机起动对齿轮的冲击，改善高速齿轮箱的运行状态，从而达到降低离心机组故障率的目的，对该设备的正常运行意义巨大。为此，我们曾考虑选用变频器，但3200kW高压变频器调速设备费用高达400多万元之巨，如果仅仅是为了改善电机起动性能，其性价比明显不合理。经过广泛的咨询调研和现场考查，我们了解到目前国内已出现利用液态电阻原理配以新技术、新材料组成的电液变阻起动器。该技术产品已应用在10MW高压交流电动机的起动控制上，可使电机最大起动时间控制延长至60秒甚至更长。而且，整套装置的设备购置费用只需25万元左右，这为提高大型电动机的起动性能提供了一条新路子。2液态软起动装置的系统构成及工作原理、性能特点2．1系统构成及工作原理电液起动器的系统构成和工作原理相对比较简单，以GZYQ型液态软起动装置为例，其构成原理图如图1所示，在定子回路中串入电液变阻起动器的三相电阻，其中QS隔离开关，QF1为主机运行断路器，QF2为电机起动断路器，RS为电液变阻起动器。电液变阻器由三个相互绝缘的环氧树脂电液箱构成，内部分别有浓度可调的电液，和一组相对应电极液，一动一定，动极板通过传动机构及伺服控制系统控制运行。动极板传动机构装有行星磨擦式机械无级变速器，可以很方便地调节动极板移动速度，这样就能控制液阻无级切除的时间，达到调节电机起动力矩和起动时间的目的。整个起动过程控制在较小起动电流下均匀升速，从而实现电动机的软起动。图1原理图2．2液态电阻对起动力矩的控制电动机起动时，Rs(液态软起动装置的阻值)随起动时间的增加而减小，由此可将施加于被控电机的端电压随时间斜率式增加，（即通常所谓的“软起动”方式）显然，与串接固定电阻或电抗器起动方式相比，液体电阻更能改善被控电机的机械特性。对于离心冷冻机组，最重要的是减小起动力矩对机组增速箱的冲击，增加升速时间并使之无极平滑升速。由电动机拖动理论可知，起动转矩和起动电流的关系为：Mq=I2。故只要知道机组最大静阻力矩与电动机直接起动的额定转矩之间的比值，就可以确定该电机的最小起动电流和起动力矩。要保证起动过程的平滑加速，这就需要起动设备有很好的平滑可调性，使整个起动过程中起动转矩与负载转矩相适应，在恒加速情况下可最大限度地减小起动过程对机组的冲击。液态软起动良好的可调性正好能满足这一点。2．3液态软起动装置性能特点对于相同功率的电动机，由于负载、工艺、参数、起动次数及频繁程度、工作环境等条件不同，理论上需要配备不同的起动阻抗，才能获得良好的起动特性。这实际上意味着每台不同的电机应有自己最适宜的起动电阻存在，最好是能使起动以软起动方式成功完成，又将起动电流控制在最小的范围以内，从而降低起动冲击，保护被拖动设备及电网。液态软起动装置根据其系统构成和原理分析，在这方面具有明显的优势。其次，电液变阻起动器的最大长处就是它的阻值可塑性好，靠改变水中的适宜导电介质的浓度来改变本身的电阻率，其可调整范围理论上是非常大的。当然，电液变阻起动器应用还没有大面积推广，在运行维护方面积累的经验还不够。其液体电阻在高压电场的作用下是否会发生难以捉摸的变化，如何获得安全而设定的阻值，还是一个有相当深度的技术问题，还需要通过理论－实践－再理论的过程加以完善。3.利用液态软起动工技术根据电机拖动理论的计算机仿真11选取用起动设备进行系统的改造，能否将起动力矩有效地控制，并使整个起动过程得以匀均加速，最大速度地减轻高速齿轮的机械冲击，从而保护机组是成功的关键。因此我们要求生产商根