解决方案︱11kV软起动器调试中问题的解决方案
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中石油工程设计有限责任公司的研究人员赵钦臣、黄京俊、孙非小，在2016年第5期《电气技术》杂志上撰文指出，软起动器在电力系统中起到限制大功率电动机起动电流的作用。但是在起动过程中要使软起动器的参数与电动机的参数相匹配，否则会导致电动机无法正常起动。本文列举了在调试过程中发生的问题以及处理方法。
1工程概况
本油田地处伊拉克共和国东南部，区块全部位于沼泽地区，离最近的城市大约35公里。油田规模将达到日产400000桶原油。
在一期油田中新加入注水升级系统。在此工程中采用三台11kV注水泵，单台功率为960kW，因为功率比较大以及避免出现水锤现象损坏注水管线所以采用11kV软起动器，软起动器安装在注水泵附近的箱式变电站中。
2软起动器的原理
本工程采用的软起动器类型是晶闸管式。晶闸管调压软起动器采用大功率可控硅作主回路开关元件，通过改变可控硅的导通角来实现电动机电压的平稳升降和无触点通断。起动电流可根据负载和工况任意设定。此类型的软起动器应用了可控硅串联技术，通过光纤传输控制信号，控制可控硅串的同时导通与关断从而控制电动机的起动过程。
上述可控硅串中的每一个可控硅单元由两个方向相反并联连接的晶闸管组成。当电流处于正弦波的正半周而且晶闸管的控制端加电压时，正方向的晶闸管导通，电流过零点时晶闸管关断。
当电流处于正弦波的负半周而且晶闸管的控制端加电压时，反方向的晶闸管导通，电流过零点时晶闸管关断。通过晶闸管导通角的控制来控制软起动器输出电压的大小。
软起动器由晶闸管软起动功率单元和晶闸管触发单元组成。
3软起动器的技术参数
软起动器的主要技术参数以及出厂设置数值如下：
表1软起动器的主要技术参数及出厂设置数值
其中0曲线是标准曲线，最稳定最适用于电动机起动的曲线，可以保护电动机避免起动时间过长和电动机过热。
脉冲突跳起动用来起动高静摩擦负载，需要一个短时间的较大起动转矩。软起动器用大约70%——700%额定电流的电流脉冲起动来克服负载静摩擦，脉冲时间在0-10秒范围内可调。脉冲结束后加载给电动机的电压又恢复到初始电压并按照之前设定的参数沿斜线上升到全压。
初始电压用来确定电动机的初始转矩。在频率一定时电动机转矩与所加电压的平方成正比。初始电压在10%-50%范围内可调。如果设置数值过高则可能引起初始电流冲击和机械冲击过高。即使电流限制设置数值较低但是因初始电压设置数值过高也会导致越过电流限制设置数值。
起动电流限制用来确定电动机在起动期间允许的最高电流值。起动电流限制在100%-400%电动机额定电流范围内可调。如果设置数值较高电动机将会从主回路中获得较大的电流并快速加速；如果设置数值较低将会导致电动机在加速结束后仍不能达到全速。
加速时间用来确定电动机电压由初始电压上升至全电压的时间。
最大起动时间是从起动信号加入到加速结束的时间。如果在这段时间结束后电压仍不能达到全压，软起动器将跳闸切断电动机电源，且在面板上显示“起动时间过长”的信息。最大起动时间在1-30秒范围内可调。
4调试中的问题及解决方法
在实际工程的调试中电动机及机泵起动分为两个阶段：第一个是空载起动阶段，第二个是带载起动阶段。本注水泵在这两个阶段的调试都发生了一些故障。
4.1空载起动调试阶段
空载起动调试阶段中，首先在软起动器的出厂设置的参数中修改了电动机额定电流一个数值，其余参数均没有更改。根据电动机的额定功率960kW计算出额定电流为62A。这一阶段的软起动器参数如下：
表2电动机空载起动时软起动器的参数数值
随后闭合主回路断路器开始起动A注水泵的电动机。过了5分钟空载的电动机开始转动，之后电动机开始震动且震动越来越剧烈，最后电动机的震动保护跳闸切断电动机电源，起动失败。
电动机震动保护设置的数值是75microns，到电动机跳闸断电时震动值达到了120microns，远大于保护设定数值，对电动机损害较大。
调试的A注水泵电动机的电流监控显示跳闸时三相电流分别为127A、167A和169A，可以发现A相的电流过低导致三相极不平衡。所以可以判定电动机剧烈震动是由进线电流不平衡引起的。
在排除了电动机的安装问题和机械故障之后，经过测量发现三相电流不平衡是由于晶闸管触发单元主板电压的不平衡。随后调整了主板电压，调整前后的电压值如下：
表3调整前后的主板电压
调整主板电压后再次闭合主回路断路器起动A注水泵电动机。这次电动机刚开始转动时稍微有一些震动，过后平稳无震动，起动成功。之后连续运行4小时没有故障。这次起动过程中三相起动电流峰值分别213A、215A和213A，三相运行电流分别为22A、22A和22A。
分析：第一次空载起动失败是由电源三相不平衡引起的，所以将软起动器晶闸管触发单元主板的三相电压调整平衡后使软起动器输出的三相电流达到平衡，从而避免了电动机的震动。同时调低了主板电压，减小了较高的电流冲击和机械冲击，对减小起动时的震动也起了一定的作用。
4.2带载起动调试阶段
带载起动调试阶段中，没有改变空载调试阶段软起动器的参数设置。将A注水泵的机泵与电动机连接在一起并调整机泵的进口阀开度到100%和出口阀的开度到30%，随后闭合主回路断路器起动电动机及机泵。到了5分钟起机时间时电动机有转动的趋势，但是无法带动机泵转动，30秒后软起动器跳闸切断电动机电源，起动失败。
在排除了机泵的安装问题和机械故障之后，尝试调整软起动器的参数设置。调整了可能关系到这个问题的三个参数，即初始电压、加速时间和最大起动时间。调整后的软起动器参数数值如下：
表4电动机带载起动时软起动器的参数数值
调整软起动器参数后再次闭合主回路断路器起动A注水泵的电动机及机泵。这次起动中电动机带动机泵转动，起动成功。之后连续运行4小时没有故障。这次起动过程中三相起动电流峰值分别224A、224A和226A，三相运行电流分别为51A、51A和52A。
分析：第一次带载起动失败是由于软起动器输出的力矩小于电动机及机泵起动需要的力矩从而无法带动负载转动。各个初始电压下软起动器的输出力矩与负载力矩之间的关系如图1所示。
图1 各初始电压下软起动器输出力矩与负载力矩
图中上面的虚线曲线是在100%初始电压下软起动器的输出力矩，中间的虚线曲线是在50%初始电压下软起动器的输出力矩，下面的虚线曲线是在30%初始电压下软起动器的输出力矩，实线曲线是负载曲线。
从图中可以看出在开始起动时负载力矩曲线在30%初始电压下软起动器输出力矩曲线上面，所以第一次带载起动时电动机无法带动机泵起动；在开始起动时负载力矩曲线在50%初始电压下软起动器输出力矩曲线下面，所以第二次带载起动时电动机可以带动机泵起动。
同时将最大起动时间延长至60秒可以在最大起动时间到达前使软起动器输出更大的力矩，从而减小了因软起动器输出力矩增大较慢达到最大起动时间时被软起动器跳闸切断电源的风险。进一步增加了起动的成功率。
5结论
软起动器因其可以大大减小大功率设备起动电流对电网的冲击以及在工艺上可以避免流体物料突然大量流出对管道产生的水锤效应，从而在现在的工程中被大量应用。在使用和调试软起动器的过程中要注意以下两个要点：
第一，在有软起动器的回路中很容易产生三相电流不平衡的现象，所以在设备起动中要监控三相输出电流，如果不平衡可调节软起动器内部元件触发单元的主板电压。
第二，软起动器的参数设置不但要与设备的参数相匹配，而且也要在参数的调整范围内选择合适的参数。起动输出电流过大速度过快起不到软起动器的作用，起动输出电流过小速度过慢无法起动设备。
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