全数字智能型软启动器在2000吨水压机系统中的应用

一、项目背景

水压试管机用于对加工后的直缝焊接钢管、螺旋焊管、无缝钢管及石油套管进行水压无损试验，检查钢管在规定压力下有无渗漏缺陷，保证钢管的使用性能。水压机是一种利用油水平衡控制对钢管进行静水压试验的机器。它主要有以下几部分组成：钢管传送装置、水路系统、油路系统和控制系统。水压机的基本工作原理是帕斯卡定律，利用水为工作介质，以静压力传递进行工作。工作行程大，在全行程中都能对工件施加最大工作力，能更有效地锻透大断面锻件，没有巨大的冲击和噪声，劳动条件较好，环境污染较小。钢管传送装置负责钢管的进出传送，水路系统负责钢管进行静水压试验时向钢管里充水打压，油路系统负责钢管静水压试验时控制封头实现管端油水压力平衡，控制系统负责整个设备的自动运行控制和试验数据的自动保存和历史数据的管理。本文主要介绍2000吨水压机系统的水路系统，如图1所示。

1. 技术参数

1.1 试验钢管规格

外径 φ406mm—φ2420mm

壁厚 6——20mm

长度 6——16m

1.2 单根钢管最大重量：24.57吨/根

1.3 钢级：X80

1.4 最高试验压力： 25Mpa

1.5 稳压时间： 5～10s

1.6 密封形式： 内径向密封 （塞密封圈）

1.7试验介质： 水

1.8 操作方式： 手动、半自动（即部分试管步骤自动）

图1 水压机液压站

二、软启动器原理

启动器（又称软起动器，电机软起动器） 软启动器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，国外称为Soft Starter。它的主要构成是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。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。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。电动机属感性负载，电流滞后电压，大多数用电器都属此类。为了提高功率因数须用容性负载来补偿，并电容或用同步电动机补偿。降低电动机的激磁电流也可提高功率因数（HPS2节能功能，在轻载时降低电压，使激磁电流降低，使COS∮提高）。

2.1 .软起动的作用

大功率交流电机直接起动会产生一系列电气和机械问题。

电气方面有：

（1） 起动时可达5-7倍的额定电流，造成电动机绕组因电流引起过温，从而加速绝缘老化。

（2） 造成供电网络电压波动大，当电压≤0.85UN时，影响其他设备的正常使用。

机械方面有：

（1） 过大的起动转矩产生机械冲击，对被带动的设备造成大的冲击力，缩短使用寿命，影响精确度。如使联轴器损坏、皮带撕裂等。

（2）造成机械传动部件的非正常磨损及冲击，加速老化，缩短寿命。

人们为了解决以上问题，不断的寻求解决起动问题的方法，例如采用自耦变压器降压起动、串联电抗器、液体电阻器、磁控电抗器等起动方式。晶闸管降压软起动是近年来出现的高科技产品，是计算机技术和电力技术相结合的产物，可以根据不同的应用情况设置初始转矩、起动时间、停机时间、限流和各种保护值等。

三、雪普软启动器简介

雪普软起动器设计合理，机构紧凑，主要由功率单元和控制单元两个部分组成：

（1）、功率单元，由六只晶闸管组成的三相调压主电路。由端子L1，L2，L3输入三相交流电压UA,UB,UC，若向控制单元输入起动信号，即激发微处理器软起动控制程序，控制单元输出六相脉冲信号，依次触发六只晶闸管，使端子U，V，W，的电压Ua,Ub,Uc依照预定的要求逐渐上升，电机及平滑起动。

（2）、控制单元，控制单元主要由微处理器，触摸面膜板，输入输出电路及保护显示电路等构成。微处理器中存有软起动程序，软停止程序以及相应的控制程序等。

雪普软起动器（汉字）产品简介

图2 雪普软启动器

如图2所示，“雪普软启动器”为紧凑型多功能软启动设备，使用最新的全数字技术，可控制最大至800KW，三相400V标准的鼠笼式电机实现光滑斜坡软启动功能。坚固耐用号称’黑金刚’的雪普全数字中文软启动器。

该产品其核心部分利用数字控制技术和电子控制技术，控制晶闸管实现交流电机的软起动，最大限度消除了机械电气冲击，延长了设备的使用寿命。

（1） 具有技术先进，工作安全可靠，功能更加完善，安装维护方便，使用寿命长等特点。

（2） 具有相序自适应能力，允许在输入端换相，改变电机转向。

（3） 该软起动器控制电机平滑起动，减小起动电流，避免起动冲击，减小配电容量。

（4） 起动电流倍数可根据负载情况调整，减小起动损耗，以最小的电流产生最佳转矩，是一种节能产品。

（5） 自由停车和软停车可选，软停车时间可调。

（6） 软起时间可调，初始电压可调。

（7）对于重载起动而设计了突跳起动脉冲，根据重载大小可调整突跳次数。

（8） 近程直接起动是在晶闸管损坏的情况下，而采取的紧急措施，一般不要使用。

（9）该软起动器同类其他厂家产品比较，系统的功能检查非常方便。

（10）从研究开发理念和思路上， 雪普充分考虑的了中国用户的现场情况和技术工人的要求，将原来需要设置参数的英文文字全部用中文显示， 极大的方便了现场的人员。

雪普软启动器使用最新的全数字控制与驱动芯片技术，可控制最大至800KW，三相400V标准的鼠笼式电机实现光滑斜坡软启动性能。不象传统的软启动器，靠电压控制斜坡，而是在启动时，持续不断地监测和控制电机电流。软起动器 安装调节方便，所有控制连接及参数调节均在正面上完成。该软起动器在安装后用户仍可方便就地改造，如：附加限流功能和内接/外接转换选择。该软起动器可不带旁路持续在线运行。软起动器为旁路和故障单独设置了控制继电器。该软起动器所有参数均通过面板上的三只旋钮电位计和一只拔码开关设定，直观准确。它甚至可以工作在有振动和环境温度较高的应用场合。当该软起动器用于内接时因可控硅模块上承受的是三角形接法时的相电流，所以相同电流的软起动器在内接时可以负载比外接时大1.73倍的电机。如一台58A的S型软起动器内接应用时可以负载100A的电机。

在胜利油田钢管厂电控系统中使用的数字型软启动器，型号分别是：

（1） 6SSD-0085-0045 这种机型应用领域为液压阀，就象上面所提到数字型软启动器的优点，在此应用领域，软启动器对电机无冲击，提高了供电可靠性，减少对负载机械的冲击转矩，延长机器使用寿命

（2） 6SSD-0145-0075 这种机型应用领域为高压水泵

（3） 6SSD-0205-0110 这种机型应用领域为低压水泵

四、参数设定

胜利油田高压水泵两台（一用一备），75KW，380V;低压水泵两台（一用一备），110KW，380V。低压水泵用来向水压机主缸夹紧的待测钢管充水，这是放气阀排气，当水压机上排气管排出水柱时，排气完毕，放气阀关闭，这是高压水泵开始向钢管内充填高压水。

首先设定两台高压水泵的软启动器，在雪普软启动器显示界面设定如下参数：

1、 额定电压：AC 380V.

2、 额定工作电流：145A

3、 起动电压：10% （可以在10～90%内设点）

4、 起动时间：15s（可以在10s～240s内设定）

5、 停车时间：10s （可以在5s～90s内设定）

6、 电流极限：150% （可以在100～600%内设点）

7、 启动模式：降压 （可以选择降压/限流）

8、 停车模式：软停车（可以选择自由停/软停车）

9、 保护功能：短路、三相不平衡、欠压、过压、缺相、旁路故障、过载、输出断相、可控硅过热、起动时间过长、同步故障等

10、 启动频率：20次/小时

再设定两台低压水泵的软启动器，在雪普软启动器显示界面设定如下参数：

1、 额定电压：AC 380V.

2、 额定工作电流：205A

3、 起动电压：10% （可以在10～90%内设点）

4、 起动时间：15s（可以在10s～240s内设定）

5、 停车时间：10s （可以在5s～90s内设定）

6、 电流极限：150% （可以在100～600%内设点）

7、 启动模式：降压 （可以选择降压/限流）

8、 停车模式：软停车（可以选择自由停/软停车）

五、结论

雪普高压软起动器应用在水压机上带来的好处如下：

l、 电机起动时，电流从零平滑上升到设定值，平稳起动，无电流冲击，减小了机械负载的冲击转矩，防止过压和水锤效应，保证了设备的安全运用，可提高电机和相关机械设备的使用寿命；

2、 显着降低交流电机的起动电流，因而减小了电网电压波动及对其它用电部门的影响；

3、 能实现软停车，可消除骤然停机对某些设备的冲击与损坏；

4、 降低了供电设备容量，能节约项目电气设备的投资费用；

5、整套设备体积小、施工方便，可为用户节约大量基建投资。

雪普全数字软启动器在山东胜利油田钢管厂2000T高压水压试管机中于2006年3月中旬正式投入运行，至今运行已经半年时间了，效果良好，坚固耐用获得石油行业客户的好评，被誉为黑金刚（合金钢）产品。全数字智能型软启动器具有优良的启动和0~60S的软停止时间可调功能，其性能可靠，参数设定方便。