ATS48軟啟動器在水輪機壓力油泵讎制改造中的應用

摘 要：介紹仙衣灘電廠對4臺機組的8臺壓力油泵的自動控制電路進行技術改造中，采用施耐德ATS48軟啟動器作為壓力油泵電器控制的應用情況，軟啟動器的選擇，技術改造的效果等。
關鍵詞：電廠；壓力油泵；改造；軟啟動器
0 引言
　　貴港航運樞紐水電廠位于廣西西江航運干線中上游，整個電廠總裝機容量為4x3OMW，設計年發電量為6．1億千瓦時，首臺機組于1999年2月正式投產發電，4臺機組于1999年9月全部竣工發電。是西江航運建設工程的二期工程，工程包括電廠和船閘兩部分，是廣西西江航運建設“以電促航，航電結合，滾動發展”的重要一環。
　　貴港航運樞紐水電廠油壓裝置采用芬蘭科瓦納公司的產品，經過多年的運行考驗表明， 油壓裝置的運行比較正常，故障率也比較低，便于維護。但由于該裝置是歐洲產品，是根據北歐氣候寒冷的特點開發設計的，考慮到水輪發電機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，其粘度會增大，流動性能差， 操作不靈活，容易引起機構操作遲緩或誤操作的缺點，科瓦納公司將壓力油泵設計為長期運行的方式，可使油溫保持在比較高的狀態，即只要水輪發電機組處于運行狀態，壓力油泵也處于運行打油狀態，只是當壓力油槽內的壓力低至整定值時，關閉卸載閥，壓力油泵可直接向壓力油槽內補油，當壓力油槽內的油壓升高至整定值時，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，此時壓力油泵處于輕載長期運行狀態，壓力油泵長期循環往復抽油卸油，使集油箱里的油溫度不斷上升，長時間后導致整個調速系統油溫也不斷上升，對機組安全運行造成了威脅。雖然科瓦納公司針對油壓裝置專門設計了一套專用的冷卻系統，即通過專用的過濾／補油泵將集油箱內的油打至一個專用的水冷卻器內，經過冷熱交換，冷卻后的油重新流回集油箱內，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，可以說油壓系統的冷卻是既耗油又耗水。特別是在炎熱的夏季，洪水期時節，是機組滿發多功的好時機，卻經常發出集油箱溫度過高的報警信號，對機組的安全運行極為不利。可以說，針對于北歐寒冷天氣設計的油壓裝置已經不適應電廠安全生產的需要， 需要進行技術改造。
1 改造方案
　　針對原來油壓裝置壓力油泵長期運行的這一缺點，2004年公司對該項目進行了專門的立項技改，將壓力油泵原來長期運行方式改為間斷運行方式， 同時將壓力油泵電機的起動方式由原來直接起動方式改為間斷起動方式。通過采用施耐德公司生產的ATS48型軟啟動器來實現自動控制壓力油泵的起動和停止，不需要長期抽油，只有當壓力油槽內的油壓降低到整定值時才起動壓力油泵向壓力油槽補油，當壓力升高至整定值時停止壓力油泵。通過ATS48軟啟動器對壓力油泵電機的自動控制， 不但改善了電機由于原來采用直接起動方式而產生的對電網的影響，同時降低了電機由于頻繁起動自身所承受的較大結構沖力，并且由于軟啟動器能依據負載變化自動調整輸出電壓，可大大減少電機的有功和無功損耗，從而達到節能的目的；采用軟啟動器控制壓力油泵實現間斷運行方式后，壓力油槽內的油溫不會快速升高，因此不需要經常起動過濾／補油油泵，也不需要開啟冷卻水（自來水）來冷卻壓力油，達到節能節水的目的。
2 軟啟動器選用原則
　　在實際應用中， 我們主要根據以下原則來配用軟啟動器：
　　（1）功率較大電機，直接起動時對電網有不允許的大沖擊；
　　（2）在起動時產生的力矩沖擊，可能使機械斷軸；
　　（3）需要較頻繁地起動電機（軟啟動器一般允許起動1O次／h，而電機不致過熱）；
　　（4）泵類負載防止水錘效應，以防止管道破裂；
　　（5）工作機械需要特殊功能的，如突跳，平滑加速，減速，快速停止，低速制動和準確定位等；
　　（6）降低電網適配容量，節省開支。
　　本廠壓力油泵電機的額定容量為90kW， 根據以上所述選用軟啟動器的原則，結合實際需要，選用施耐德ATS48系列軟啟動器中型號為ATS48C1 7Q的軟啟動器。
　　ATS48軟啟動器可提供以下4種啟動方式：
　　（1）限流起動。限制電機的起動電流，但損失起動轉矩，主要應用于輕載起動的負荷。
　　（2）軟啟動。在起動時間內電壓從初始值開始線性上升，把傳統的降壓起動對電壓的調節從有級變為無級，但其初始轉矩小，起動時間長，主要應用于重載啟動。
　　（3）突跳加軟啟動。在軟啟動的基礎上，在起動初期提供一個附加轉矩以克服負載的靜摩擦，然后轉矩平滑上升，大大縮短起動時問。
　　（4）泵控制起動。可在沒有反饋設備的條件下，根據負載特性檢測電機起動參數，向電機提供加速／減速的控制，并自動調節輸出轉矩，最大限度地減少機械沖擊。
　　根據本廠壓力油泵額定容量和實際負載變化情況，我們選擇了突跳加軟啟動方式。
3 技改效果
3．1 維護
　　壓力油泵電氣控制經過采用軟啟動器進行改造后，電機起動電流可控制在2-3In的范圍之內，而且電機加速相當平穩，對機械設備的沖擊大大降低。由于ATS48軟啟動器采用國際最先進的單片機作中央數據處理、1 2位A／D轉換器為信號采樣， 因而具有顯示直觀、保護功能齊全、性能可靠、工作穩定等顯著特點。用戶可以任意設定各類參數，使其具有更高的靈活性。而故障預報警功能保證了用戶能及時處理故障，避免因過多停機而造成的不必要的損失。另外，ATS48軟啟動器所具有的完備的保護功能，如過載、堵轉／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。
3．2 運行方式
　　采用ATS48軟啟動器改造后，壓力油泵的運行方式由長期運行改為間斷運行方式，起動方式由全電壓直接起動改為突跳加軟啟動方式，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壓力油泵電機的電流沖擊，還能有效改善電機起動對電網電壓的影響；機械方面，可減輕對壓力油泵和插裝閥的機械沖擊，減少了對油泵以及各種液壓部件的機械磨損，可使調速系統供油更加穩定，運行可靠，操作維護方便。原控制方式， 由于采用全電壓直接起動和長期運行方式，壓力油泵和液壓部件機械磨損加快，降低了機械部件的使用壽命，提高了調速系統的故障率，增加了維護的工作量，不利于機組長期安全運行。
3．3 經濟效益
　　壓力油泵原控制方式，由于采用長期運行方式，為降低油溫頻繁使用壓力油冷卻系統，需要耗費大量的電能和自來水，同時長期運行產生的機械磨損，需要儲備大量備品備件，加大了維護成本。
　　使用軟啟動器后， 由于采用問斷運行方式，減少維護工作量。同時由于不需要長時間起動過濾／補油泵，減少了冷卻系統使用時問（運行方式已改為：運行0．5h，停泵8h），節約了大量的電能和水能，大幅度降低設備運營成本，提高了生產經濟效益。據粗略統計，貴港航運樞紐水電廠應用軟啟動方式改造壓力油泵的電氣控制方式以后， 一年下來節省了大量的電能和自來水的開支，產生了可觀的經濟效益。具體數字見表1。

4 結束語
　　壓力油泵電氣控制回路技術改造后運行幾年來，安全可靠， 維護方便， 為電廠創造了可觀的經濟效益。