索维电气告诉你软启动器在钻井上的应用

         软启动器钻井上的应用
钻井队的电力系统是一套独立系统，其容量比通常电网的容量要小，随着井队用电设备的越来越多，负载的投入和切除都会对电网带来一定的影响，特别是突然加入或者切除较大负载时，井队的电网频率和电压会有较大的波动，从而影响供电质量，严重时会引起主电路跳闸的事故出现。
　　井队目前使用的大功率用电设备，如加重泵、剪切泵、灌注泵等都是由三相异步电动机带动的，在实际使用中，三相异步电动机启动电流是额定电流的5-7倍，如果采取直接启动就会影响现场供电质量；停机时，如果拖动系统突然失去转矩，靠系统的摩擦转矩来克服系统的惯性滑行停车，也会给系统带来诸多问题，因此井队现场很有必要采用一种软启动装置避免上述不合理情况发生。
　　1.软启动器概述
　　软启动器是一种集软启动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的电机控制装备。实现在整个启动过程中无冲击而平滑的启动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节启动过程中的各种参数，如限流值、启动时间等。主要是由串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路构成。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。
　　软启动器（Soft Starter）是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路，使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。其实现的主要功能：通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现过载保护功能；工作时随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流可做出缺相保护反应；通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号；电动机工作时软启动器内的检测器一直监视着电动机运行状态，并将监测到的参数送给CPU进行处理，CPU将监测参数进行分析、存储、显示，具有测量回路参数的功能；通过电子电路的组合，在系统中实现其它种种联锁保护。
　　2.软启动器启动方式
　　运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软起动一般有下面几种起动方式：
　　（1）斜坡升压软起动：这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是，由于不限流，在电机起动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。
　　（2）斜坡恒流软起动：这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定（t1至t2阶段），直至起动完毕。起动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。该起动方式是应用最多的起动方式，尤其适用于风机、泵类负载的起动。
　　（3）阶跃起动：开机，即以最短时间，使起动电流迅速达到设定值，即为阶跃起动。通过调节起动电流设定值，可以达到快速起动效果。
　　（4）脉冲冲击起动：在起动开始阶段，让晶闸管在极短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流起动。该起动方法，在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合。笼型电机传统的减压起动方式有Y-q起动、自耦减压起动、电抗器起动等。这些起动方式都属于有级减压起动，存在明显缺点，即起动过程中出现二次冲击电流。
　　（5）电压双斜坡起动：在起动过程中，电机的输出力矩随电压增加，在起动时提供一个初始的起动电压Us，Us根据负载可调，将Us调到大于负载静摩擦力矩，使负载能立即开始转动。这时输出电压从Us开始按一定的斜率上升（斜率可调），电机不断加速。当输出电压达到达速电压Ur时，电机也基本达到额定转速。软起动器在起动过程中自动检测达速电压，当电机达到额定转速时，使输出电压达到额定电压。
　　（6）限流起动：就是电机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值（Im）的软起动方式。其输出电压从零开始迅速增长，直到输出电流达到预先设定的电流限值Im，然后保持输出电流。这种起动方式的优点是起动电流小，且可按需要调整，对电网影响小，其缺点是在起动时难以知道起动压降，不能充分利用压降空间。
　　3.软启动器选型及接线方式
　　除了技术、性能、价格比较外，还要考虑设备现场的电网容量、设备启动负荷轻重、启动频繁程度等具体条件。对于启动负载较轻的设备，可选择功能简单、价格较低、操作方便的软启动器，这类设备根据电动机额定功率，选用样本规定的相同容量的软启动器就能满足需要；对于启动负荷比较重的设备，应该选用启动功能比较多、有限流启动功能、自身保护比较齐全的软启动器。
　　启动器接线方式可分为：单台单机式；软启动器+断路器+接触器电路，这种接线方式是目前大多数国产软启动用户采用的方案；“一拖三”软启动方案，这种方式可以控制三台电动机分时先后启动，在任意一台电动机启动完成后，软启动器处于待命状态，此时可允许启动下一台电动机。
　　4.采用软启动器的优点
　　（1）采用数字监控和数字设定，提高了控制系统的可靠性，也便于维护，同时具有外控功能，可根据使用情况进行连接，方便控制。
　　（2）电动机软启动器对电动机提供平滑渐进的启动过程，减少启动电流对电网或发电设备的冲击，将启动电流控制在安全范围内，改善了原控制系统因启动电流较大冲击厂用电源而影响其它设备正常运行的状况。
　　（3）启动过程采用双向可控硅，启动过程完成后，接触器短接可控硅的控制方式，避免了用接触器直接控制电动机使触点易拉弧、粘连、烧坏等故障的发生。
　　（4）软启动、软停车方式，降低了设备振动和噪声，减少了机械应力，延长了发电设备及机械传动系统地使用寿命。
　　（5）具有过流、过载、电源缺相等多种保护功能，同时可以检测到负载所涉及系统各种不良运行情况，有利于保护设备的安全运行等。
　　5.结束语
　　软启动器在井队现场的应用，具有结构简单、可靠性高的优点，其应用能明显避免因控制系统故障所引起的事故，改善电动机的运行条件，维持电力系统的稳定，有着较强的实用性、经济性，同时也提高了安全性。