MHLS型高壓水阻柜技術(shù)特點及性能優(yōu)勢
一） 水阻柜設(shè)計、制造和檢驗依據(jù)及遵循標(biāo)準
1. 滿足特定電動機、電網(wǎng)及負載相關(guān)性能參數(shù)要求
2. 滿足用戶和工況條件下的特定技術(shù)要求
3. 設(shè)計參照標(biāo)準：Q/MHLS-2016 《高壓交流電動機軟起動水阻柜》
4. 規(guī)范性引用標(biāo)準
GB3906-2006 3~35KV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備
GB/T11022-1999 高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準共用技術(shù)要求
GB/T14048.4-1993 《電氣間隙和爬電距離》
GB/T9466-1988 《低壓成套開關(guān)設(shè)備基本試驗方法》
GB/T1497-1985 《低壓電器基本準備》
GB/56-1993 《標(biāo)準電壓》
GB/T762-1996 《標(biāo)準電流》
GB191-1990 《包裝儲運標(biāo)志》
GB/T13384-1992 《機電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件》
GB7251系列 《低壓成套開關(guān)設(shè)備》
GB14048.2-2001 《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》
GB4942.2 《低壓電器外殼防護等級》
IEC-439-1 《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》
二） 水阻柜適用范圍和可以解決的問題
適用范圍:本產(chǎn)品專門針對高電壓、大功率籠型/同步電動機起動電流大，沖擊電網(wǎng)，難以配套起動設(shè)備等難題，經(jīng)過數(shù)年攻關(guān)研發(fā)成功。適用于額定電壓3kV～10kV、額定功率200～40000kW的大、中型鼠籠式或同步電動機的軟起動與保護，尤其是電網(wǎng)容量不足的企業(yè)。
水阻柜可以為您解決以下問題：
1）新電機需要起動設(shè)備；電機因起動困難而經(jīng)?？蛰d運行消耗電能；
2）變壓器（電網(wǎng)）容量有限，電機起動時壓降過大，導(dǎo)致主變壓器燒壞；或原來采用電抗器、自耦變壓器等傳統(tǒng)起動設(shè)備，起動電流大，影響同一線路上的其它設(shè)備運行；或起動時需要關(guān)停同網(wǎng)其它用電設(shè)備；
3）高壓電機起動電流過大，起動時有較大的機械沖擊和對電機的熱沖擊，經(jīng)常造成電動機溫升過高、籠條損壞，變速箱齒輪損壞，影響電動機和負荷的使用壽命；
4）現(xiàn)場工況變化幅度較大，采用現(xiàn)場可調(diào)整性較差的起動設(shè)備不能滿足要求；
5）電動機安裝地點距離變壓器較遠，電動機處電壓較低，起動困難；
6）泵類負載的軟停車，防止因有水錘現(xiàn)象造成的管道、閥門損壞。
三） 水阻柜設(shè)計要求、原則
1） 根據(jù)電動機及負載、電網(wǎng)情況，對起動提出以下幾點要求：
a. 整個起動過程處于受控狀態(tài)
b. 起動電流、起動時間等參數(shù)可根據(jù)不同工況、負載變化情況進行現(xiàn)場調(diào)節(jié)
c. 起動電流不大于3.5Ie，有效降低電機起動發(fā)熱，延長電機使用壽命
d. 可實現(xiàn)遠程通訊及計算機集中控制，可附加起動曲線輸出、存貯，滿足企業(yè)DCS系統(tǒng)及信息化發(fā)展要求
e. 可連續(xù)起動2～3次
f. 起動過程平滑、起動運轉(zhuǎn)的切換對負載及電網(wǎng)無沖擊
g. 具備完善的保護功能，安全、可靠
h. 起動操作方便，設(shè)備簡單經(jīng)濟
2） 方案設(shè)計基本原則
1) 遵循相關(guān)國家標(biāo)準，采用先進技術(shù)，滿足設(shè)計要求
2) 使用安全，操作方便，減少用戶開支
3) 節(jié)省用戶投資，產(chǎn)品具有超前性
四） 技術(shù)性能特點說明
1.工作原理
根據(jù)電機拖動理論，在電動機定子回路串入一特制水電阻，該水電阻在電機起動初始時刻自動投入，阻值在預(yù)定起動時間內(nèi)均勻無級減小，并在阻值幾近為0時刻切除或旁路，從而使主機電流及電機轉(zhuǎn)速無級勻滑變化，實現(xiàn)電機均勻上升、平穩(wěn)起動。
2．主要技術(shù)參數(shù)
|
序號 |
名稱 |
單位 |
數(shù)值或說明 |
備注 |
|
1 |
額定電壓（有效值） |
kV |
6 |
10 |
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|
2 |
最高電壓（有效值） |
kV |
6.9 |
11.5 |
|
|
3 |
一分鐘工頻耐受電壓
（有效值） |
kV |
30/32 |
38/42 |
相對地 |
|
15 |
18 |
同相間 |
|
4 |
最小電氣間隙 |
mm |
100 |
125 |
|
|
5 |
起動電流/額定電流(Iq/Ie) |
A |
1.5～3.5 |
現(xiàn)場可調(diào) |
|
6 |
液阻正常工作溫度 |
℃ |
0～70 |
|
|
7 |
起動時間 |
s |
10～120 |
現(xiàn)場可調(diào) |
|
8 |
連續(xù)起動次數(shù) |
次 |
2～3 |
|
3.技術(shù)性能特點
1) 可預(yù)測：運用具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的專用計算機仿真軟件對電動機起動全過程模擬仿真，達到對電動機起動過程、性能的事先預(yù)測與分析
2) 可調(diào)整：起動時間、液態(tài)電阻阻值等參數(shù)可根據(jù)工況現(xiàn)場調(diào)整
3) 可控制：水電阻阻值可按最佳電磁轉(zhuǎn)矩、最小起動電流改變，起動過程完全受控，同時電網(wǎng)起動壓降也得到有效控制
4) 可重復(fù)：初始阻值可根據(jù)環(huán)境溫度、上次起動液溫自動檢測、校正，保證多次起動性能的穩(wěn)定性和可重復(fù)性
5) 控制回路采用德國西門子PLC或同檔次國際品牌PLC進行邏輯程序控制，控制可靠
6) 可實現(xiàn)遠程通訊及計算機集中控制，滿足DCS系統(tǒng)控制要求
7) 采可移動式紫銅極板，傳動系統(tǒng)可加變頻器柔性控制原理，確保起動過程更平滑，起動運行切換二次無沖擊
8) 閉環(huán)型：采用電流自動閉環(huán)控制技術(shù)，響應(yīng)速度更快、精度更高；起動電流可預(yù)置，可實現(xiàn)恒電流軟起動
a. 引入起動電流、轉(zhuǎn)速跟蹤反饋系統(tǒng)，在電動機起動過程中實時自動檢測定子電流，根據(jù)電流大小，自動調(diào)節(jié)控制裝置，實現(xiàn)恒電流軟起動，并使起動過程最佳化；
b. 可根據(jù)工況要求預(yù)置起動電流，滿足不同工況、負載的起動要求；
c. 采用先進的變頻控制技術(shù)，使得起動時極板運動及限流響應(yīng)速度更快、精度更高。
9) 智能型：采用了全新的設(shè)計理念，擁有良好的人機界面和人機對話功能，在起動性能、綜合保護、控制操作等方面具備先進的智能化處理功能
通過人機界面，觀察、操作、記錄非常方便；適時電流曲線，實時網(wǎng)壓曲線，直觀、明了；數(shù)據(jù)庫全面，可隨時查詢、調(diào)用各類狀態(tài)、數(shù)據(jù)（打印、顯示），電機運行的歷史曲線使電機運行過程一目了然；電機起動完成后，對電機及負載運行實施有效監(jiān)控；具有完善的報警、提示功能，通信功能、網(wǎng)絡(luò)功能。
10)若工況有要求（如泵類負載），可實現(xiàn)軟停車
11) 安全保障措施完備，運行可靠
a、有液位檢測與顯示、溫度檢測與顯示、起動時間超長、極板超行程、綜合報警等報警功能并具備可靠的連鎖裝置；
b、水阻箱等嚴格按照國家標(biāo)準進行出廠檢測，接地和避雷保護措施；
c、同高壓開關(guān)柜相配合，有過流、速斷、差動（3000KW以上大功率電機配備）、零序、欠壓、短路、雷擊等保護，還可應(yīng)客戶要求增加電機溫度保護功能；
d、主機起動結(jié)束后，水阻部分自動切除或旁路、極板自動復(fù)位（也可設(shè)計停機后復(fù)位），裝置及水阻箱處于待機狀態(tài)，為下次起動作好準備。
e、 與上位機DCS聯(lián)絡(luò)信號采用硬接線，有如下信號引至上位機DCS：備妥信號、運行信號、綜合故障信號（液位低、液溫高、起動超時、水阻保護跳閘等，并能在就地通過觸摸屏確定故障類型）。
f、 能夠接收DCS提供的DCS遠方啟、停信號，裝置表面有遠方/就地旋鈕。
g、水阻箱按照國家標(biāo)準進行出廠檢測和嚴格的接地及避雷保護措施。
h、水阻柜可恢復(fù)性好，水阻箱熱容量大，能連續(xù)起動，不會燒毀。如由水電阻的水蒸發(fā)，仍可加入清水恢復(fù)其性能。
12) 對電網(wǎng)不會產(chǎn)生高次諧波污染
13) 本系統(tǒng)主起動設(shè)備對工況及電網(wǎng)的環(huán)境要求不高，運行、維護成本低。
14) 結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)自身集成控制發(fā)出聯(lián)機信號，自動化程度高，一般技術(shù)人員進行短期培訓(xùn)即可自行操作維護，操作維護安全、方便。
4.設(shè)備主要組成部分
高壓交流電動機軟起動水阻柜以高壓柜結(jié)構(gòu)形式為基礎(chǔ)進行優(yōu)化組合設(shè)計，積木式組裝，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀統(tǒng)一、現(xiàn)場安裝調(diào)整方便、安全可靠等特點。
控制部分：采用德國西門子可編程控制器（或同檔次PLC）對相關(guān)信號及動作進行邏輯程序控制；柜內(nèi)采用國產(chǎn)或進口優(yōu)質(zhì)元器件。
柜體部分：水阻箱及星點柜外形平整美觀，殼體應(yīng)由剛性框架組成，框架結(jié)構(gòu)用角鐵或敷鋁鋅鋼板，制成獨立固定結(jié)構(gòu)，表面為靜電噴塑處理，且滿足運輸、安裝、運行、檢修等的機械強度要求。能承受設(shè)計規(guī)定的額定短路電流產(chǎn)生的熱應(yīng)力和電動力而不損壞，有金屬結(jié)構(gòu)的部件，按有關(guān)規(guī)定可靠連接到柜內(nèi)接地母線上。設(shè)備的布置方便操作，在任何情況下不妨礙良好的運行性能，柜內(nèi)空間滿足檢修要求。裝于柜體上的繼電器，能防止斷路器或其他電器設(shè)備正常操作振動而誤動作。柜體的結(jié)構(gòu)允許電纜從底部進入柜體。水阻箱蓋板上裝有蒸汽排放管道通向柜體頂部外面，應(yīng)能避免水蒸氣急劇聚集而造成爆炸。水阻箱內(nèi)裝有與高壓隔離的溫度傳感器，能快速對過高的液阻溫度進行反應(yīng)，發(fā)出報警信號并自動進行保護性動作。
控制柜分為電動機高壓主回路和繼電控制回路兩個部分，保證操作人員的安全。
傳動部分：由特制銅制動靜傳動極板、傳動組件、伺服電機、變頻器等組成柔性傳動系統(tǒng)，起動過程中由伺服電機和小型變頻器對極板進行控制。
水阻部分：水阻箱采用高分子聚合材料制作而成，耐高壓、耐腐蝕、耐磨損，使用壽命長。在水電阻系統(tǒng)中，電阻的大小對應(yīng)有四個特征位置，分別有四個位置開關(guān)，分別是上限位、上限位保護、下限位、下限位保護；其中上、下限位間的間距，是本水阻柜的有效控制行程。上限位保護位置開關(guān)是上限位位置開關(guān)的后備，作用是控制傳動機構(gòu)上升（復(fù)位）時的準確停車；下限位保護位置開關(guān)是下限位位置開關(guān)的后備，作用是控制傳動機構(gòu)下降時的準確停車。
表計、控制、信號和保護回路：連接用線全部選用阻燃交聯(lián)聚乙烯絕緣、絕緣電壓不小于500V、截面不小于1.5mm2的銅絞線。所有導(dǎo)線牢固地夾緊，設(shè)備端子均有標(biāo)字牌。對外引接電纜均經(jīng)過端子排，每排端子排留有15%的備用端子，所有端子的絕緣材料都是不吸潮和阻燃的。電源端子能方便地連接6mm2及以下截面的導(dǎo)線。每個端子只接一根導(dǎo)線，內(nèi)部跨線可以接兩根導(dǎo)線，每個單元的控制元件均接到該單元內(nèi)的端子排上。所有螺栓、雙頭螺栓、螺紋、管螺紋、螺栓夾及螺母均遵守國際標(biāo)準化組織（ISO）和國際單位制（SI）的標(biāo)準。
設(shè)備及所有元器件，凡屬國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局及中國國家認證認可監(jiān)督管理委員會聯(lián)合頒布的2001年第33號公告《第一批實施強制性產(chǎn)品認證的產(chǎn)品目錄》內(nèi)規(guī)定的產(chǎn)品，均通過中國強制認證（China Compulsory Certification，簡稱3C認證）的產(chǎn)品及主要元器件的3C認證證書。
5.其它技術(shù)指標(biāo)
5.1起動電流：Iq＝1.5～4Ie（Ie為電動機額定運行電流）；起動電流等技術(shù)參數(shù)不受環(huán)境變化的影響而產(chǎn)生明顯波動；
5.2起動時間調(diào)節(jié)范圍：20—60S現(xiàn)場可調(diào)；
5.3母線壓降：＜10%；并在電網(wǎng)允許的情況下最大限度地減小起動時的電網(wǎng)壓降，穩(wěn)定電網(wǎng)質(zhì)量；
5.4連續(xù)起動次數(shù)為2～3次；
5.5起動溫升：單次起動電解液溫升＜10℃/次左右，電液正常運行溫度0～70℃。
6、使用環(huán)境條件
1）環(huán)境溫度：最高氣溫+50℃，最低氣溫0℃（帶加熱裝置-15℃）；
2）空氣相對濕度不超過90%；
3）海拔高度不大于1000m（超過則特殊設(shè)計）；
4）地面傾斜度不大于5°；
5）安裝地點無火災(zāi)、爆炸危險，無化學(xué)腐蝕及地震7級以下。
三、產(chǎn)品優(yōu)勢說明
1、融合多項現(xiàn)代高新技術(shù)
1.1 獨特的計算機仿真軟件可對電機起動全過程模擬仿真
1.2 將可編程控制技術(shù)應(yīng)用于籠型電機液態(tài)軟起動技術(shù)領(lǐng)域
1.3 采用優(yōu)質(zhì)紫銅極板
1.4 獨特的柔性傳動系統(tǒng)
1.5 獨特的初始阻值溫度自動校正功能
1.6 獨特的電流閉環(huán)控制技術(shù)
1.7 獨特的遠程通訊功能
1.8 獨特的軟停車功能
1.9 獨特的人機界面、人機對話功能
1.10 以上獨有的技術(shù)造就了
1.11良好的現(xiàn)場可調(diào)整性、對不同/變化工況和負載的適應(yīng)性
1.12智能化、人性化的技術(shù)發(fā)展路線
1.13領(lǐng)先水平的液態(tài)軟起動技術(shù)
1.14 多種功能、多重選擇，滿足不同需求
1.15 優(yōu)良的性價比
1.16 “綠色”科技，不會對電網(wǎng)產(chǎn)生高次諧波污染，無“三廢”排放
2、技術(shù)性能優(yōu)勢
1）采用移動式極板，水電阻具有良好的無級切換特性及可控性
水電阻具有負溫度特性,即阻值隨水溫變化發(fā)生反比變化,但變化余量相對較小，且阻值不可能減小到零；負溫度特性也是非線性的。本裝置水阻箱內(nèi)部由一組的固定電極和活動電極組成極板對，動電極通過一套絕緣的傳動系統(tǒng)相連接，使得三相電阻在高壓、大電流情況下可以無級自動切換，充分利用了水電阻的可切換性特點，保證起動過程的平滑、無沖擊。
同時，在起動完成時，動靜極板接近，電阻趨近于零，運轉(zhuǎn)切換時對電網(wǎng)不會產(chǎn)生二次電流沖擊，對機械系統(tǒng)不會產(chǎn)生機械沖擊。
2）水電阻阻值及起動時間具有良好的現(xiàn)場可調(diào)整性，增強了起動過程的可控性，和對不同工況、負載的良好現(xiàn)場適應(yīng)性
由于工程設(shè)計中系統(tǒng)的特性參數(shù)計算誤差，致使一些起動設(shè)備的匹配較難達到最佳狀態(tài)，甚至可能出現(xiàn)起動失敗。由于水電阻的動電極初始位、切換水電阻的執(zhí)行器速率可隨機調(diào)整，且水阻箱內(nèi)設(shè)置有方便的注液孔，使得阻值變化速率均可根據(jù)工況要求、負載系統(tǒng)的實際情況進行調(diào)整，從而充分發(fā)揮了水電阻現(xiàn)場可隨機調(diào)整的優(yōu)勢。
同時，根據(jù)現(xiàn)場實際工況和用戶要求，可通過修改PLC控制程序、調(diào)整動極板的起動初始位置及傳動電機減速機構(gòu)的速比，來改變動極板的行程規(guī)律，通過控制水電阻阻值變化來調(diào)整電動機的平均起動轉(zhuǎn)矩，達到調(diào)整起動時間的目的。
這種隨機可調(diào)整性、起動電阻的無級變化及起動效果的可知性，是突出的技術(shù)優(yōu)勢，其結(jié)合大大拓展了起動性能的可塑性，充分保證了起動成功率及起動效果。
3）可實現(xiàn)電流自動閉環(huán)控制技術(shù)，響應(yīng)速度更快、精度更高，對不同工況、負載的適應(yīng)性更強
1 可重復(fù)好，即初始阻值可根據(jù)環(huán)境溫度、上次起動液溫自動檢測、校正，保證多次起動性能的穩(wěn)定性和可重復(fù)性
2 起動電流可預(yù)置，可實現(xiàn)恒電流軟起動
由于起動過程中要求水阻值逐漸減少，其負阻特性從這一方面來說有利于起動；但水溫與水阻的變化關(guān)系是非線性的，單純靠水溫自身變化改變阻值勢必會影響起動性能。同時，由于形成水電阻的局部水阻溫度過高還會產(chǎn)生氣泡甚至電弧光的現(xiàn)象，極不利于起動設(shè)備乃至整個系統(tǒng)的正常運行。
本裝置阻值變化主要靠動定極板間距（L）的改變來實現(xiàn)
隨著L的減小，被控電動機端電壓逐步增加，轉(zhuǎn)速不斷增高，最終實現(xiàn)降壓軟起動的目的。對于環(huán)境溫度變化，我們設(shè)計有閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠自動檢測水阻溫度，而自動調(diào)節(jié)動極板的起動初始位置，確保每次起動初始阻值的一致性；并在起動過程中引入起動電流、轉(zhuǎn)速跟蹤反饋系統(tǒng)，根據(jù)實時自動檢測到的電流信號，控制動極板運動運動的方向和速度，從而保證每次起動性能的一致性，完全消除了因溫度變化而引起的起動性能不一致，甚至無法起動的情況。
另一方面，設(shè)置了專用的散熱通道，必要時在設(shè)計中外部還可以采用強制冷卻措施，從而改善起動裝置的散熱性能，以滿足需多次起動的工況場合。
4）控制回路采用德國西門子PLC進行邏輯程序控制，控制可靠，能夠與主工藝控制系統(tǒng)直接通訊，還可以實現(xiàn)智能化控制
采用可編程控制技術(shù)，針對不同工況不同要求，對起動運行全過程進行保護監(jiān)控，監(jiān)測起動過程中水阻及電動機動態(tài)參數(shù)，控制極板運動、電機的短接（轉(zhuǎn)換），保證系統(tǒng)的可靠性；并可附加起動曲線輸出，存貯；提供PLC功能賦值表。
PLC系統(tǒng)能夠與主工藝控制系統(tǒng)直接通訊，滿足現(xiàn)代企業(yè)日益提高的信息化、網(wǎng)絡(luò)化管理要求；并且方便實現(xiàn)智能化控制升級。
5）安全保障措施完備，使用無安全之憂（見前述）
