ATS48軟啟動(dòng)器在水輪機(jī)壓力油泵讎制改造中的應(yīng)用

摘 要：介紹仙衣灘電廠對(duì)4臺(tái)機(jī)組的8臺(tái)壓力油泵的自動(dòng)控制電路進(jìn)行技術(shù)改造中，采用施耐德ATS48軟啟動(dòng)器作為壓力油泵電器控制的應(yīng)用情況，軟啟動(dòng)器的選擇，技術(shù)改造的效果等。
關(guān)鍵詞：電廠；壓力油泵；改造；軟啟動(dòng)器
0 引言
　　貴港航運(yùn)樞紐水電廠位于廣西西江航運(yùn)干線中上游，整個(gè)電廠總裝機(jī)容量為4x3OMW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量為6．1億千瓦時(shí)，首臺(tái)機(jī)組于1999年2月正式投產(chǎn)發(fā)電，4臺(tái)機(jī)組于1999年9月全部竣工發(fā)電。是西江航運(yùn)建設(shè)工程的二期工程，工程包括電廠和船閘兩部分，是廣西西江航運(yùn)建設(shè)“以電促航，航電結(jié)合，滾動(dòng)發(fā)展”的重要一環(huán)。
　　貴港航運(yùn)樞紐水電廠油壓裝置采用芬蘭科瓦納公司的產(chǎn)品，經(jīng)過多年的運(yùn)行考驗(yàn)表明， 油壓裝置的運(yùn)行比較正常，故障率也比較低，便于維護(hù)。但由于該裝置是歐洲產(chǎn)品，是根據(jù)北歐氣候寒冷的特點(diǎn)開發(fā)設(shè)計(jì)的，考慮到水輪發(fā)電機(jī)組油壓裝置所用的操作用油（即透平油）在溫度較低的情況下，其粘度會(huì)增大，流動(dòng)性能差， 操作不靈活，容易引起機(jī)構(gòu)操作遲緩或誤操作的缺點(diǎn)，科瓦納公司將壓力油泵設(shè)計(jì)為長期運(yùn)行的方式，可使油溫保持在比較高的狀態(tài)，即只要水輪發(fā)電機(jī)組處于運(yùn)行狀態(tài)，壓力油泵也處于運(yùn)行打油狀態(tài)，只是當(dāng)壓力油槽內(nèi)的壓力低至整定值時(shí)，關(guān)閉卸載閥，壓力油泵可直接向壓力油槽內(nèi)補(bǔ)油，當(dāng)壓力油槽內(nèi)的油壓升高至整定值時(shí)，打開卸載閥， 開通集油箱油路，壓力油泵打上的油直接卸回集油箱，此時(shí)壓力油泵處于輕載長期運(yùn)行狀態(tài)，壓力油泵長期循環(huán)往復(fù)抽油卸油，使集油箱里的油溫度不斷上升，長時(shí)間后導(dǎo)致整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)油溫也不斷上升，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行造成了威脅。雖然科瓦納公司針對(duì)油壓裝置專門設(shè)計(jì)了一套專用的冷卻系統(tǒng)，即通過專用的過濾／補(bǔ)油泵將集油箱內(nèi)的油打至一個(gè)專用的水冷卻器內(nèi)，經(jīng)過冷熱交換，冷卻后的油重新流回集油箱內(nèi)，從而使油壓裝置中的油溫降低，但由于所用的冷卻水是昂貴干凈的自來水，用后的自來水直接排至廠房的集水井，又增加了廠房滲漏排水泵的工作量，可以說油壓系統(tǒng)的冷卻是既耗油又耗水。特別是在炎熱的夏季，洪水期時(shí)節(jié)，是機(jī)組滿發(fā)多功的好時(shí)機(jī)，卻經(jīng)常發(fā)出集油箱溫度過高的報(bào)警信號(hào)，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行極為不利。可以說，針對(duì)于北歐寒冷天氣設(shè)計(jì)的油壓裝置已經(jīng)不適應(yīng)電廠安全生產(chǎn)的需要， 需要進(jìn)行技術(shù)改造。
1 改造方案
　　針對(duì)原來油壓裝置壓力油泵長期運(yùn)行的這一缺點(diǎn)，2004年公司對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了專門的立項(xiàng)技改，將壓力油泵原來長期運(yùn)行方式改為間斷運(yùn)行方式， 同時(shí)將壓力油泵電機(jī)的起動(dòng)方式由原來直接起動(dòng)方式改為間斷起動(dòng)方式。通過采用施耐德公司生產(chǎn)的ATS48型軟啟動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制壓力油泵的起動(dòng)和停止，不需要長期抽油，只有當(dāng)壓力油槽內(nèi)的油壓降低到整定值時(shí)才起動(dòng)壓力油泵向壓力油槽補(bǔ)油，當(dāng)壓力升高至整定值時(shí)停止壓力油泵。通過ATS48軟啟動(dòng)器對(duì)壓力油泵電機(jī)的自動(dòng)控制， 不但改善了電機(jī)由于原來采用直接起動(dòng)方式而產(chǎn)生的對(duì)電網(wǎng)的影響，同時(shí)降低了電機(jī)由于頻繁起動(dòng)自身所承受的較大結(jié)構(gòu)沖力，并且由于軟啟動(dòng)器能依據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)整輸出電壓，可大大減少電機(jī)的有功和無功損耗，從而達(dá)到節(jié)能的目的；采用軟啟動(dòng)器控制壓力油泵實(shí)現(xiàn)間斷運(yùn)行方式后，壓力油槽內(nèi)的油溫不會(huì)快速升高，因此不需要經(jīng)常起動(dòng)過濾／補(bǔ)油油泵，也不需要開啟冷卻水（自來水）來冷卻壓力油，達(dá)到節(jié)能節(jié)水的目的。
2 軟啟動(dòng)器選用原則
　　在實(shí)際應(yīng)用中， 我們主要根據(jù)以下原則來配用軟啟動(dòng)器：
　　（1）功率較大電機(jī)，直接起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)有不允許的大沖擊；
　　（2）在起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的力矩沖擊，可能使機(jī)械斷軸；
　　（3）需要較頻繁地起動(dòng)電機(jī)（軟啟動(dòng)器一般允許起動(dòng)1O次／h，而電機(jī)不致過熱）；
　　（4）泵類負(fù)載防止水錘效應(yīng)，以防止管道破裂；
　　（5）工作機(jī)械需要特殊功能的，如突跳，平滑加速，減速，快速停止，低速制動(dòng)和準(zhǔn)確定位等；
　　（6）降低電網(wǎng)適配容量，節(jié)省開支。
　　本廠壓力油泵電機(jī)的額定容量為90kW， 根據(jù)以上所述選用軟啟動(dòng)器的原則，結(jié)合實(shí)際需要，選用施耐德ATS48系列軟啟動(dòng)器中型號(hào)為ATS48C1 7Q的軟啟動(dòng)器。
　　ATS48軟啟動(dòng)器可提供以下4種啟動(dòng)方式：
　　（1）限流起動(dòng)。限制電機(jī)的起動(dòng)電流，但損失起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，主要應(yīng)用于輕載起動(dòng)的負(fù)荷。
　　（2）軟啟動(dòng)。在起動(dòng)時(shí)間內(nèi)電壓從初始值開始線性上升，把傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)對(duì)電壓的調(diào)節(jié)從有級(jí)變?yōu)闊o級(jí)，但其初始轉(zhuǎn)矩小，起動(dòng)時(shí)間長，主要應(yīng)用于重載啟動(dòng)。
　　（3）突跳加軟啟動(dòng)。在軟啟動(dòng)的基礎(chǔ)上，在起動(dòng)初期提供一個(gè)附加轉(zhuǎn)矩以克服負(fù)載的靜摩擦，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，大大縮短起動(dòng)時(shí)問。
　　（4）泵控制起動(dòng)。可在沒有反饋設(shè)備的條件下，根據(jù)負(fù)載特性檢測(cè)電機(jī)起動(dòng)參數(shù)，向電機(jī)提供加速／減速的控制，并自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩，最大限度地減少機(jī)械沖擊。
　　根據(jù)本廠壓力油泵額定容量和實(shí)際負(fù)載變化情況，我們選擇了突跳加軟啟動(dòng)方式。
3 技改效果
3．1 維護(hù)
　　壓力油泵電氣控制經(jīng)過采用軟啟動(dòng)器進(jìn)行改造后，電機(jī)起動(dòng)電流可控制在2-3In的范圍之內(nèi)，而且電機(jī)加速相當(dāng)平穩(wěn)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的沖擊大大降低。由于ATS48軟啟動(dòng)器采用國際最先進(jìn)的單片機(jī)作中央數(shù)據(jù)處理、1 2位A／D轉(zhuǎn)換器為信號(hào)采樣， 因而具有顯示直觀、保護(hù)功能齊全、性能可靠、工作穩(wěn)定等顯著特點(diǎn)。用戶可以任意設(shè)定各類參數(shù)，使其具有更高的靈活性。而故障預(yù)報(bào)警功能保證了用戶能及時(shí)處理故障，避免因過多停機(jī)而造成的不必要的損失。另外，ATS48軟啟動(dòng)器所具有的完備的保護(hù)功能，如過載、堵轉(zhuǎn)／失速、欠電壓、過電壓、電壓不平衡等功能，基本上可以做到免日常維護(hù)。
3．2 運(yùn)行方式
　　采用ATS48軟啟動(dòng)器改造后，壓力油泵的運(yùn)行方式由長期運(yùn)行改為間斷運(yùn)行方式，起動(dòng)方式由全電壓直接起動(dòng)改為突跳加軟啟動(dòng)方式，停止方式由自由停止改為軟停止方式。電氣方面，不但能有效地減少對(duì)壓力油泵電機(jī)的電流沖擊，還能有效改善電機(jī)起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)電壓的影響；機(jī)械方面，可減輕對(duì)壓力油泵和插裝閥的機(jī)械沖擊，減少了對(duì)油泵以及各種液壓部件的機(jī)械磨損，可使調(diào)速系統(tǒng)供油更加穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，操作維護(hù)方便。原控制方式， 由于采用全電壓直接起動(dòng)和長期運(yùn)行方式，壓力油泵和液壓部件機(jī)械磨損加快，降低了機(jī)械部件的使用壽命，提高了調(diào)速系統(tǒng)的故障率，增加了維護(hù)的工作量，不利于機(jī)組長期安全運(yùn)行。
3．3 經(jīng)濟(jì)效益
　　壓力油泵原控制方式，由于采用長期運(yùn)行方式，為降低油溫頻繁使用壓力油冷卻系統(tǒng)，需要耗費(fèi)大量的電能和自來水，同時(shí)長期運(yùn)行產(chǎn)生的機(jī)械磨損，需要儲(chǔ)備大量備品備件，加大了維護(hù)成本。
　　使用軟啟動(dòng)器后， 由于采用問斷運(yùn)行方式，減少維護(hù)工作量。同時(shí)由于不需要長時(shí)間起動(dòng)過濾／補(bǔ)油泵，減少了冷卻系統(tǒng)使用時(shí)問（運(yùn)行方式已改為：運(yùn)行0．5h，停泵8h），節(jié)約了大量的電能和水能，大幅度降低設(shè)備運(yùn)營成本，提高了生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，貴港航運(yùn)樞紐水電廠應(yīng)用軟啟動(dòng)方式改造壓力油泵的電氣控制方式以后， 一年下來節(jié)省了大量的電能和自來水的開支，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。具體數(shù)字見表1。

4 結(jié)束語
　　壓力油泵電氣控制回路技術(shù)改造后運(yùn)行幾年來，安全可靠， 維護(hù)方便， 為電廠創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。