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通俗易懂教你了解水阻柜

作者:admin点击:62 次发布时间:2017-08-28 12:45:33

一、水阻柜的现状
水阻,顾名思义,就是“水电阻”简称。此技术最早发源于日本,属于70年代左右的产物,在大量新技术及新型电子元件产生的今天,已属于成熟可靠简单易用的产品。由于其低廉的价格,以及在大容量电机启动设备上技术的限制,现阶段非常适合中国的国情,因而在国内各大工矿企业大量普及使用。
 
二、水阻的由来
   由于电动机直接起动时,起动电流会达到电机额定电流的7~8倍,一般上一级变压器的容量都承受不了,特别是大功率的电机,必须加装起动设备,否则会造成变压器局部下跳闸。
   早先的起动设备,主要有:电阻器起动和频敏起动等。电阻器起动通过切换电阻的数量,改变串入电机的电阻,由于切换电阻属于有级调速,所以切换瞬间冲击较大。频敏起动据说是谐波成分比较大。
随着技术的逐步进步,后期发展的水阻起动,由于属于无级调节,所以起动过程较平滑,切换无冲击电流等等优点。
 
三、水阻的分类
   按照电机的不同,分为两种水阻:
   一种是转子串水阻,即电机属于绕线式电机,即转子回路未短接。此时通过改变起动过程中转子回路的电阻值来逐步实现软起动。

   二是定子串水阻,即电机属于鼠笼型电机或交流同步电动机,即转子回路在电机内部已短接。此时通过改变起动过程中定子回路的电阻值来逐步实现软启动。
按照实现方式的不同,分为两种水阻:
一种是温度改变阻值大小,即在启动过程中,由于液体内部的电解液随着液体温度的升高,电解液分子活动加剧,使电阻值逐步减小,逐步改变机端电压,使之达到软起动的目的。
二是通过柜内增加极板升降电机,匀速的改变输入输出极板之间的距离,改变电阻值的大小,逐步改变机端电压,使之达到软起动的目的。
其中若是温度改变阻值大小,主要属于定子串水阻系列。
若通过极板升降电机改变阻值大小,则定子和转子串水阻都可。
 
四、水阻的主要厂家及内部结构
   全国的水阻柜是在湖北襄阳(襄樊)生产,由此襄阳被称为“中国水阻起动柜之乡”。由于无技术门槛,所以现各地都能仿制生产,但规模大部分较小。
若以温度改变阻值,其柜内部主要包括:
1、  旁路柜:主要是起动完毕后,将水阻柜短接。
按一次原理的不同,和短接接触器的数量,有的在短接后将水阻完全拖开的,有的在短接后,水阻仍然带电。
根据客户需要,选择真空断路器或者真空接触器。真空断路器需要分、合闸操作,而真空接触器又分为电保持和机械保持式,电保持不需另增加分闸操作,掉电即分闸,而机械保持式需要分闸操作。
2、  水阻柜主体:主要包括3个独立的水箱,水箱底部有一固定的铜极板,水箱                                        上部有一活动的铜极板,分别引出进出一次线。
主要根据电机大小,计算需要的散热液体体积,则柜体体积有大有小。例如电机在10MW,则水阻柜主体可能达到10米*2米*4米。
   若以极板升降改变阻值,其柜内部主要包括:水箱(三相分开),一套极板,极板升降电机和相应的轴承,及短接接触器(短接的接触器也应客户需要)PLC等。
五、运行相关
1、若以温度改变阻值:
待厂家调试完后,每个极板都浸泡在水中,水中加入了根据计算的电解粉。起动时,通电后,则水阻内,温度逐渐升高,电解液分子活动加剧,极板之间的电阻值逐步减小,电机端的电压逐步由低到高,根据调整的时间,起动完毕后,短接接触器短接,起动完成,水阻被甩开。此种原理的水阻,电机进行连续重起时,由于每次重起时,水温不一致,因此其启动特性会有差异。在启动时间间隔较长的情况下,其启动特性基本可保持一致。
若以极板升降改变阻值:
待厂家调试完后,每个极板都浸泡在水中,水中加入了根据计算的电解粉。起动前,上极板在最上面,起动时,上极板在升降电机的带动下,逐步下移,(有的设置是下移几秒,停几秒,继续下移,重复)则两极板之间的距离减小,相应的两极板之间的电阻值减小,则电机端的电压逐步由低到高,当上极板移动到最下限位时,短接接触器短接。与此同时,上极板开始往上回升,升到最上限位时,起动完成。此运力的水阻,电机连续启动时,启动特性差别不会很大,但是伺服电机等部件造成水阻为维护量略上升。
水电阻目前已经做到10MW以上,所以在我们目前所涉及的功率范围以上两种与变频配合使用,问题都不大。
 
六、主要数据
一般水阻启动,起动电流倍数在2~3.5倍之间,网侧压降都能满足上一级变压器的容量要求。
根据电机大小,起动时间一般为20~60秒,时间一般都可调,一般超过60秒,则开关柜会有反时限保护。
“水阻起动信号”: 现一般的水阻柜,都是采用PLC控制或继电器控制,其中,水阻柜起动信号,取的是对应的开关起动柜的“断路器合闸状态”,也就是说,当开关柜的断路器合闸以后,水阻柜的PLC接收到信号后,就开始起动,如极板开始下移。
   当开关柜的断路器分闸以后,水阻柜的PLC接收到信号后,就将短接接触器分断。
 
七、变频改造与水阻柜的影响
变频改造后,有相应的很多方面都需要更改,在以下几方面阐述:
转子串水阻:(对应绕线式电机,自动旁路水阻)
一次回路的改造,与普通的变频改造一样;
二次回路的改造,需从水阻柜的短接接触器引出一对“短接接触器常闭点”,接入变频器的“急停”回路,可理解为:若水阻柜的短接接触器不短接,则变频器无法起动。要注意的是接入“急停”回路时,要绕过“远程/就地”转换开关。 
即等绕线式电机转子短接后,作为鼠笼式电机起动。
在现场,我也见到另类的转子串水阻变频改造,用户直接将电机的转子连接处打开,将转子上直接短接上铜排,则成为了鼠笼式电机。此时,已完全甩开了水阻。但万一变频器发生故障,变频转为工频时,则需要将转子上的铜排拆下,比较麻烦。但选择权在于用户,用户认为自己的转子经常会发生放炮现象,所以短接后比较合适。
   也就是说,如果是转子串水阻,会相应的简单,出厂图纸只需增加一处即可。
 
定子串水阻:(对应鼠笼型电机)
此改造相对复杂,需要确定的内容主要如下:
1、  短接接触器的情况:
短接接触器最少是一个,有时也有两个,也可能是三个,如:

                                图一

                               图2
其中要询问清楚各接触器的合、分闸顺序,这个在自动旁路柜中一定要弄清楚,因为在自动变/工频转换过程中,可能会造成严重后果。
要询问清楚各接触器的自锁方式,是电保持,还是机械式保持。如是电保持,合分闸共用一个信号即可。如是机械式保持,则合、分闸要分开设计。
2、  水阻柜起动信号
变频改造前,水阻柜起动信号接收的是“断路器常开点信号”。
若变频改造后,则一般需要在此起动回路里增加变频器“工频状态”信号。
即工频时,水阻仍正常起动,若变频时,则水阻柜不起动。
3、  水阻柜短接信号
变频改造前,水阻柜短接信号接收的是“下限位行程开关信号”。
变频改造后,则根据要求灵活改变,需在短接接触器的合、分闸回路增加控
制信号。控制方式根据客户要求及系统安全性确定。以吉林四平红嘴钢铁为例进行说明。

                                图三
此系统为定子串水阻,水阻柜只有一个接触器,接触器为机械保持式,系统改造一次原理如图一所示,完整的二次原理更改如下:
1、  PLC程序更改了逻辑,并引出线接到KM的分、合闸线圈。水阻柜接触器KM控制方案如下:
   在变频器工频状态下,KM仍由水阻柜本身的逻辑来控制;
   在变频器变频状态下,当高压启动柜断路器QS合闸时,KM会合闸;
   在变频器变频状态下,当高压启动柜断路器QS分闸时,KM会分闸。
2、水阻柜起动信号:增加变频器“工频信号”串入起动回路。
3、开关柜允许合闸信号:
将变频器“高压合闸允许”串入开关柜允许合闸回路。但是略有改动,其中从控制器发出的“高压合闸允许”串入了“变频状态”信号。这与一次事故有关,若在工频下时,行程开关不到位,即“工频信号”无输出,也就是水阻无法接收到起动信号,此时若变频柜门都关闭,万一合上高压,则控制器发出的“高压合闸允许”会导致高压合上,而水阻因无起动信号,会造成液体持续带高压而导致液体开锅事件。

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