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液态起动柜的优缺点及改造

作者：兆复安点击：次发布时间：2021-09-26

液态起动柜是近年来运用比较广泛的电机起动设备。

一、液态起动柜原理
   液阻起动柜是近年来运用比较广泛的电机起动设备。液阻，也就是液体电阻（在水中添加电解粉构成液体电阻），顾名思义就是在电机定子回路（鼠笼型电机）或转子回路（绕线式电机）中串入液态电阻，电机在起动过程中液态电阻阻值在预定的时间内自动无级减小，直至阻值接近为零，将液阻自动切除，电机投入正常运行，每小时最多可以起动2-3次。
二、运动过程
   液态起动柜运行过程：高压开关柜合闸的同时，液态起动柜接收到高压开关柜的合闸信号，液态起动柜动极板自上而下开始运行，在设定的时间内动极板运动过程中电阻值逐渐下降，当电阻接近于零时，通过一个限位开关，使液态起动柜内的真空接触器吸合，将水电阻短接掉，电机起动完成，经过延时几秒后，动极板自动复位至原始状态，等待一下次起动。如液态起动柜在预定的时间内起动没有完成就会发出一个故障报警信号，自动切断开关柜，确保电机不开路。
三、液态起动柜缺点
液阻的效率低，只能做软起动。如果作为调速，必须将液态起动柜箱体（液体电阻部分）长期带电，一旦出现箱体漏液或者液体电阻减少或者干枯，必出现生产事故或者安全事故。并且由于箱体液体电阻长期带电，发热严重，要有外围散热设备才能维持运行。所以相对人力维护成本也会增加。而液态起动柜用于调速，也是应用在绕线电动机起动调速运行中，此时液阻必须加循环水冷装置。
四、液态起动柜的改造方式
   在现场的实际改造中：虽然液态起动柜存在以上缺点，但是客户在液态起动柜改造变频时还是会保留工频液阻起动的模式。
（一）一般液态起动柜有两种改造方式，按照电机的不同，分为两种液阻串接方式
1、转子串液阻
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，这种方案不是降压起动原理，而是转子串电阻，改变电机转差率的起动原理。
2、定子串液阻
   即电机属于鼠笼型电机，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起动。
（二）按照实现方式的不同，分为两种液阻
1、温度改变阻值大小
   即在起动过程中，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。
2、柜内增加极板升降电机
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。
注：其中若是温度改变阻值大小，主要属于定子串液阻系列（即鼠笼式电机）。
若通过极板升降电机改变阻值大小，则定子和转子串液阻都可。目前常用的方式还是通过极板升降的方式，方便控制起动过程。
五、液阻的内部结构
（一）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，将液态起动柜短接。
按一次原理的不同，和短接接触器的数量，有的在短接后将液阻完全拖开的，有的在短接后，液阻仍然带电。
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、液态起动柜主体
   主要包括3个独立的水箱，每个水箱底部有一固定的铜极板，水箱上部有一固定的铜极板，分别引出进出一次线。（针对鼠笼式电机讲的：定子串液阻）
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，则液态起动柜主体可能达到12m*2m*2.8m。
（二）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。
六、运行方式（现场实际操作的依据数据和实现方法）
（一）温度改变阻值
1、工频模式下
   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，则液阻内，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，短接真空接触器（温度改变阻值这种主要用于鼠笼式电机），起动完成，液阻被甩开。此种原理的液阻，电机进行连续重启时，由于每次重启时，由于水温不一致，因此其起动特性会有差异。在起动时间间隔较长的情况下，其起动特性基本可保持一致。
2、变频模式下
上高压后，直接短接接触器（短接接触器动作信号取自高压开关QF0的常开点）。
（二）极板升降改变阻值（重点介绍）
1、运动过程
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，短接真空接触器。与此同时，上极板开始往上回升，升到最上限位时，起动完成。此种方式的液阻，电机连续起动时，起动特性差别不会很大，但是伺服电机等部件造成液态起动柜的维护工作增加。（适用于鼠笼式及绕线式电机）。
2、现场参照的实际数据及控制逻辑
（1）一般液阻起动时，起动电流倍数在1~4倍之间，网侧压降都能满足上一级变压器的容量要求，电机负载轻重工况；
（2）根据电机大小，起动时间一般设置为10~120秒，时间一般都可调，轻载一般超过10-25秒，重载一般在25-80S；
（3）“液阻起动信号”。现在一般的液态起动柜，都是采用PLC控制，其中，液态起动柜起动信号，取的是对应的开关起动柜的“断路器合闸状态”，也就是说，当客户的开关柜的断路器合闸以后，液态起动柜的PLC接收到信号后，就开始起动，如极板开始下移；
（4）当开关柜的断路器分闸以后，液态起动柜的PLC接收到信号后，就将短接接触器分断；
（5）即：液态起动柜接触器动作的条件是高压断路器QF0合闸（取自QF0常开点）。
3、液态起动柜改造变频器后现场需要做的改动
(1)转子串液阻（对应绕线式电机，手动旁路）
①一次回路的改造，与普通的变频改造一样；
②二次回路的改造，需从液态起动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：若液态起动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；
③液态起动柜起动条件串入工频状态。
④现场应用案例介绍。安徽怀宁上峰水泥采用了“转子串液阻”模式的变频改造，现场电机参数如下表所示：

电机型号	YRKK800-6	转速	993R/MIN
功率	2800KW	电机厂家	兰州电机股份有限公司
额定电压	10KV	液态起动柜类型	极板升降改变阻值
额定电流	191.4A
功率因数	0.881	负载	B线窑尾高温风机

现场要求液态起动柜改造变频，且工频运行模式下保留液态起动柜的软起功能，电机为三相异步绕线式电动机，液态起动柜类型有柜内增加极板升降电机（即极板升降改变阻值）。变频器为一拖一手动旁路柜，变频器旁路柜一次接线和标配接线方式一样的，从客户母线过来的10KV线是不经过液态起动柜的（仅仅客户的AC380V控制电到液态起动柜）。
此时，变频器模式下，液态起动柜的旁路柜内的短接接触器在这里就相当于短接转子，使绕线式电机变为鼠笼式电机供变频器使用。工频模式下，为电机软起，软起成功后，液态起动柜的旁路柜内的短接断路器在这里就相当于短接转子，使绕线式电机变为鼠笼式电机供工频使用。
采用工频模式运行时，首先合闸QS3，DCS远程合闸QF断路器，液态起动柜接收到QF合闸信号及工频状态后，液态起动柜运行，此时液态起动柜极板自上而下运行，通过液态起动柜实现软起，当极板运行至底部的时候，有个限位开关，通过连锁，给液态起动柜接触器KM一个信号，使液态起动柜内的真空接触器KM吸合，将水电阻短接掉并保持，绕线式电机起动完成，经过延时几秒后，动极板自动复位至原始状态，等待一下次起动。
采用变频模式运行时，首先QS1、QS2隔离开关合闸，DCS起动QF合闸，高压电进入变频器,（液态起动柜起动信号串入工频状态，此时起动不了，），同时KM液态起动柜接触器接收到QF合闸信号后， KM直接短接，绕线式变为鼠笼式电机，变频器接收到KM短接信号后，通过DSC远程起动/停止/调节变频输出。
另外，我也见过另类的转子串液阻变频改造，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，已完全甩开了液阻。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（不拆下实现不了软起，相当于鼠笼式电机直接工频起动，导致客户的变压器容量受不了），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。
(2)定子串液阻（对应鼠笼式电机，手动旁路）
这种改造相对复杂，需要确定的内容主要如下：
①短接断路器。短接接触器最少是一个，有时也有两个，也可能是三个，如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液态起动柜起动信号。变频改造前，液态起动柜起动信号接收的是“断路器常开点信号”（为母线高压开关柜QF0的常开信号，即当QF0合闸后，常开变成常闭，液态起动柜起动，工频实现软起），若变频改造后，则一般需要在此起动液态起动柜起动信号的回路里增加变频器“工频状态”信号。即工频时，液阻仍正常起动，若变频时，则液态起动柜不动作。
③液态起动柜短接信号。变频改造前，液态起动柜短接信号接收的是“极板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、分闸回路增加控分闸回路增加控制信号。高压经过液态起动柜。
控制方式根据客户要求及系统安全性确定。
④现场应用案例介绍。枣庄泉头水泥厂采用了“定子串液阻”模式的变频改造，现场电机参数如下表所示：

电机型号	YKKP630-6W	转速	995R/MIN
功率	2800KW	电机厂家	重庆赛力盟电机股份有限公司
额定电压	10KV	液态起动柜类型	极板升降改变阻值
额定电流	186.6A	负载	2#高温风机

此系统为定子串液阻，液态起动柜只有一个接触器KM，接触器为机械保持式，系统的二次原理更改有以下几部分。
第一部分是PLC程序更改了逻辑，并引出线接到KM的分、合闸线圈。液态起动柜接触器KM控制方案如下：
在工频模式下，KM仍由液态起动柜本身的逻辑来控制实现软起。
在变频模式下，当高压起动柜断路器QF合闸时，KM就会合闸；当高压起动柜断路器QF分闸时，KM就会分闸。
第二部分是液态起动柜起动信号。增加变频器“工频信号”串入起动回路。
第三部分是开关柜允许合闸信号。将变频器“高压合闸允许K6”串入高压开关柜QF允许合闸回路，其中从控制器发出的“高压合闸允许K6”串入了“变频状态”信号。
采用工频模式运行时，首先QS43/QS44隔离开关合闸，DCS起动QF合闸，液态起动柜接收到QF合闸信号及工频状态信号后，液态起动柜运行，此时液态起动柜极板自上而下运行，通过液态起动柜实现软起，当极板运行至底部的时候，有个限位开关，通过连锁，给液态起动柜接触器KM一个信号，使液态起动柜内的真空接触器KM吸合，将水电阻短接掉并保持，电机起动完成，经过延时几秒后，动极板自动复位至原始状态，等待一下次起动。
采用变频模式运行时，首先QS41/QS42隔离开关合闸，DCS起动QF合闸，（液态起动柜起动信号串入工频状态，此时起动不了，也无高压输入QS43断开的），高压电进入变频器，通过DSC远程起动/停止/调节变频输出。
目前，对于绕线式电机，液态起动柜主体柜和液态起动柜旁路柜是分开独立的，且高压不经过液态起动柜，也就是说只有控制电缆进入液态起动柜，从液态起动柜出线控制电缆到电机转子上。对于鼠笼式电机，液态起动柜主体柜和旁路柜是集成的，有高压电缆通过液态起动柜再连接到电机定子上。

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