热变电阻软起动 点击：6972 | 回复：41
发表于：2003-07-25 09:23:00
楼主
前言
最近，某公司通过媒体以新闻和广告的形式，对热变电阻软起动作了大量的宣传。宣称：‘此类软起动可以完全替代进口变频软起动，并且价格优势特别大’。
作为一名多年从事软起动技术工作的知识分子，我认为有必要比较客观地从技术角度上给热变电阻软起动一个准确的定位，因而撰写本文。
一、热变电阻软起动原理：
热变电阻软起动中的电阻是液态电阻，是由水和电解质配制的，导电机理是离子导电。离子导电的电导率随温度增加而上升，其温度灵敏度因电解质元素和浓度而异。
电动机软起动时，需要随着电动机转速的增加而平滑减小串在电动机定子回路的阻抗。可以实现这种平滑减小的方法很多，例如，通过电极移动、通过晶闸管的导通角变化，通过改变饱和电抗器的饱和度等。热变电阻软起动装置利用了液阻阻值的温度热变性：既然液阻的发热（温升）是不可避免的，那么就利用它，‘以毒攻毒’，使液阻电阻值随温升而平滑减小，达到软起动的目的。
热变电阻软起动装置的限流电力器件是装有固定电极的液阻箱（每相一个，共三个）。每箱的一对电极之间的距离比较近，电极之间的空间（以下简称极空间）在整个液箱容积中所占的比例不大。液箱内的所有离子均参与决定液箱电阻阻值，但是，极空间的离子对于液阻箱阻值起决定作用。所谓‘热变’主要是指极空间内离子导电率的热变。它是由极空间的温升决定的。在软起动过程中，极空间液体温度因发热而上升，又因对流等热交换而下降。加热和对流是决定极空间温度的一对矛盾。及至软起动结束，电极失电，加热停止。停止后，在对流作用下，液箱内的温度逐渐趋于平衡。所谓‘液箱电解液一次软起动温升’，是指停止后的新热平衡温度对于软起动前热平衡温度增量。
因此，极空间温升和一次起动温升是二个概念。前者大于后者。这个‘大于’当然是有利的，它使热变电阻软起动装置一方面可以利用‘前者’ 实现热变软起动；另一方面，又可以利用‘后者’使装置能够具有一定的 ‘连续起动数次’ （例如3次）。
现在，进而就某公司对热变电阻软起动原理的陈述作以下评论。
根据该公司的《技术报告》（2000年），极空间温度‘在常温到 之间电阻率呈近似反比关系……，这一发现……提供了宝贵的技术依据’。对于软起动而言，软起动从开始到完成，极空间电解液阻值可以表示为一条时间曲线，在不同的环境温度下软起动，其时间曲线自然亦不相同。
热变电阻软起动装置允许的环境温度是 ，人们有理由担心，在 和 软起动是否均能成功。退一步说，即便均能成功，在这两种情况下，极空间电解液阻值时间曲线肯定是很不相同的。因此，软起动所能达到的指标亦是大不相同的。
《技术报告》指出，‘液体在 时，其表面就有大量的蒸汽散发’。所以，热变电阻软起动装置应该对蒸汽散发以及大量散发乃至防爆有所防范，例如，采取‘缓冲室’，‘液面封油’等措施。
二、热变电阻软起动装置的几个内在特点：
以下的内在特点是由‘原理’决定的，‘与生俱来’的。
1. 电极无需动，因而减免了移动电极的伺服机构，减免了伺服机构可能带来的不安全。但是，需要采取防范蒸汽散发的措施。
2. 无法进行实时控制，更谈不上‘闭环控制’。
3. 根据一次软起动的质量对装置进行下次再调整的余地不大。
可能的调整仅仅是：极间距离，电解质浓度，液面高度。但调整裕度相当有限。
4. 具有一切液态软起动装置的共性，如发热量大、体积大，不能作到免维护，不产生高次谐波等。
5. 对环境尤其是温度变化的耐受能力较差。难于保证不同环境温度下软起动性能的一致性。
6. 软起动功能单一，使适用范围受到一定的限制：不能实现软停止，不能实现带电流突跳的软起动。
三、热变电阻软起动不具有易控性的实例：
液态软起动装置设计者总是希望在整个过程中液阻是不断下降的。事实上能否真的做成这样呢？
国家配电设备质量检验中心2000.6.6对该公司热变电阻软起动装置作了检验，得到了软起动过程中热变电阻上的电压时间曲线和电流时间曲线（附后）。由此可见，热变电阻阻值是先降后升的。由于热变电阻软起动装置实际上并不能保持电动机定子电流恒定，在软起动后期电流下降，由于发热量的减少和对流作用的增强，出现了人们不愿意看见的热变电阻阻值回升。对于这种回升，装置是束手无策的。此例表明，热变电阻软起动的易控性是很差的。差的根源仍然在于‘无法进行实时控制’。
四、关于热变电阻软起动的风险问题
热变软起动极空间电解液温度是发热和对流这对矛盾相互作用的结果。对它虽然‘无法进行实时控制’，但是，可以通过液箱容积选择，电极设计等方法，使在软起动过程中的极空间电解液温度时间曲线和与之相应的电流曲线满足软起动的要求。
如果设计者对于软起动系统（电动机，负载，电网）的数学模型和热变液箱内热力学的数学模型把握得比较精准，软起动一次成功是可以指望的。
但是，如果对以上这些数学模型把握得不是那么精准，或者数学模型有了变异，就会遇到风险。
风险之一：极空间温度超过了‘沸点’，这时，将有大量的水蒸气产生，突破液面封油，冲到缓冲室，带来诸多麻烦。造成超过沸点的原因可能是环境温度过高，可能是对飞轮惯量估计不足，可能是对于负载的阻转矩估计太小等等。
风险之二：软起动超时，肇致软起动失败。极空间温度达不到设计要求将是软起动超时的主要原因。
五、几个常识问题
1．什么叫‘变频软起动’？变频软起动是通过变频装置实现的软起动。它以频率从零开始逐渐增高的方法完成软起动。它也降压。但是，这个降压并没有降低电动机的电磁转矩。所以，‘变频软起动’的性能是任何形式的工频降压软起动无法与之匹敌的。
2．目前，现代固态软起动主导产品是晶闸管软起动装置。
3．软起动电流是一条时间曲线。所以，如果不提供曲线，则应该用‘最大起动电流’或‘起动电流变化范围’描述起动电流。
4．电网压降正比于电网短路阻抗。在不知道电网短路阻抗的条件下测得的电网压降是没有意义的。
六、究竟那种液阻装置（热变或动电极）更适合于高压、大容量电动机的软起动
人们看好高压、大容量电动机的软起动市场。
1． 变液阻软起动装置和动电极热变液阻软起动装置的区别：
热变液阻软起动装置不需要改变电极板之间的距离因而使装置得到了简化。
热变液阻软起动装置失去了电极板运动的功能，也就失去了通过改变电极板之间的距离改变液阻的手段，失去了易控性，带来了更大的软起动风险。
据悉，动电极液阻软起动装置已经有了软起动6800千瓦交流电动机的工业运行实例。
2． 液阻软起动装置向更大容量电动机软起动前进。
如果它的电极移动已经成为制约的主要因素了，那么，以上的‘得’就是主要的，具有决定意义的。反之，如果并非如此，那么，以上的‘得’就是得不偿失的了。
3． 顺便说一下，一种以移动绝缘隔板为主要特征的专利（专利名称为：电动机液态软起动液阻箱）
如果能做成液阻软起动产品，在高压、大容量电动机的软起动领域将比以上两类液阻软起动装置具有更强的生命力。
七、究竟那种降压软起动更适合于高压、大容量电动机？
这里，要比较的是液阻软起动、晶闸管软起动和磁控软起动。关于磁控软起动技术的特点，请参看发表在chinakong网上的文章，题目是‘作为降压软起动形式之一的磁控软起动’。
这篇文章预言：磁控软起动装置将成为这一领域内的主导产品。
发表于：2002-09-19 08:51:00
5楼
回答“金工”：
一、 说磁控软起动有可能成为高压大容量电动机软起动的主流产品，是根据它的性价比等综合指标说的。为什么说“有可能”，是为了给尚未问世的其他类型的产品留有余地。
为什么不说热变电阻软起动有可能成为高压大容量电动机软起动的主流产品，因为它并未显示出对于液阻（动极板或隔板）软起动的性价比优势。每一种技术都是一个历史范畴。“物竞生存，优胜劣汰”尽管可能受到营销策略的干扰，仍然是一个长期起作用的定律。
二、 天津先导公司生产投运的磁控软起动产品，目前的最大容量是2000KW。它是今年5月4日投运的，至今已经起动了10多次了。起动指标的重复性好。
已经订货并已经正等待调试的10几台产品中有几台5000KW的；正在设计中的有7600KW的。容量的增大，对磁控，不会有迈不过的坎。
人类的认识是逐步前进的。一个产品向广度、深度进军也是一个过程。
高越农 9/19/02
发表于：2002-09-19 15:31:00
8楼
对二位的答复：
拜读“二位”。我不禁回想起30几年前的热闹，在无法击倒对手时，来一个迂回，说人家出身不好，动机不纯，为人不正等等，用大字报淹死他。现在，重新祭起这个法宝，也许就不那么灵了。
磁控软起动今年7月22日通过了鉴定。鉴定意见附上。您可以向天津市科委对此鉴定的公正性、权威性提出您的疑问和意见。
高越农 9/19/02
附录如下：
《RQD-D7型磁控软起动装置》
通过了天津市科委主持的产品鉴定会
7月22日,天津先导机电公司高越农教授主持研制的《RQD-D7型磁控软起动装置》通过了天津市科委组织的产品鉴定会。由中国工程院院士、中国科学院电工所研究员顾国彪任主任委员、国内电器、电机方面的学者及有关设计院电气控制专家组成的鉴定委员会认真听取了课题组的工作报告，技术报告、查新报告、检测报告及用户报告等。鉴定意见如下：
1、 所提供的资料齐全、正确统一、清晰。符合国家有关规定。
2、 该装置采用由晶闸管控制磁饱和电抗器的原理，实现对高压、大容量电动机的降压（限流）软起动，与晶闸管软起动装置比较，具有安全性高、成本低、占地面积小，对电网的谐波干扰小等优点。
3、 成功地应用西门子PLC（可编程序控制器），实现对磁饱和电抗器的闭环控制及微电子数字控制，使起动电流平稳，并具有网络通讯功能。
4、 成功地将三相磁饱和电抗器合为一个整体，共用一个直流励磁绕组，使结构紧凑。
鉴定委员会认为，天津先导机电公司所进行的研究、开发和设计、调试工作是开创性的。《RQD-D7型磁控软起动装置》的性能价格比高，在国外尚未见到同类产品的报道。其技术水平达到国内领先水平。它的推广应用将产生较大的经济和社会效益。
鉴定委员会专家名单
姓名 单 位 职 称 专 业
顾国彪 中国科学院电工所 研究员 中国工程院院士 电机、电力
蔡宣三 清华大学电机系 教授 IEEE Fellow 电机与电器、电力电子
陆俭国 河北工业大学 教授、博导 电机与电器
苏学成 山东科大 教授、博导 自动控制
梁东光 中国天辰化学工程公司 仪表电气部主任、高工 发电、电力
武文杰 天津大港油田石油工程公司 电信室副主任、高工 自动化
徐慧雯 中国石化工程建设公司 高级工程师 发配电
鉴定委员会主任：顾国彪 院士
鉴定委员会副主任：蔡宣三 教授
发表于：2002-09-19 15:36:00
9楼
呵呵，高教授还在津津乐道于2MW电动机用饱和电抗器起动成功的战果，在下浅陋，听说国内有一厂家早已将大型电动机软起动做到13500KW(13.5MW)，并通过权威检测机构的检测和由国内资深专家教授组成的鉴定委员会的科技成果鉴定，还于今年8月份在北京由国家科技部和经贸委联合组织召开了技术交流推广会，业界精英250多人济济一堂，进行了交流和探讨，得到了社会的广泛认可，各大行业报纸也进行了报道，不知这些是不是如高教授所说的“浪得虚名”？
不由想起一个很不形象的比如来，就好比拳击赛中一个轻量级选手和一个重量级选手的较量，本来轻量级选手如果安于自身条件所限，分在轻量级一组或许还有胜算的可能，却偏偏挤在重量级一组，还指手画脚一番，呵呵， 结果，不说大家也知道.....
发表于：2002-09-19 16:13:00
11楼
高教授：
高压热变电阻软起动已于今年8月10通过了湖北省技术厅组织的科技成果鉴定，以下是鉴定意见：
2002年8月10日，湖北省科技厅在襄樊市对大力工业控制有限责任公司研制的《大容量高压电动机热变电阻软起动装置》组织了技术鉴定。鉴定委员会听取了公司所作的研制报告和技术总结，并详细审阅了湖北省科技信息研究院提供的查新报告以及国家电控配电设备质量监督检测中心提供的检测报告，考察了生产现场，观看了应用现场录像，经鉴定委员会认真讨论后一致认为：
1、该起动装置已成功用于10kV，13500kW大容量电动机的降压软起动，起动电流最大不超过2.5倍额定电流，引起的10kV母线压降小于8％。
2、该产品结构简单，维护方便，性价比高，运行性能稳定可靠。在热变电阻的温度特性与电机起动要求配合方法上有创新性。
3、该成果采用的用于高压大容量电机软起动的热变电阻技术具有首创性，该产品处于国内领先水平。
4、该产品资料齐全，工艺图纸完整，符合技术鉴定要求，能指导批量生产。
鉴定委员会认为，该成果推动了我国高压大容量电机软起动技术进步，一致通过该成果的技术鉴定，并建议企业加大推广力度，使该技术成果更好地服务于社会。建议政府有关部门能加大对该技术产业化的支持力度，使高科技产业得到更好地发展。
鉴定委员会主任：＿龚世缨＿ 副主任：廖建强 钱照明 . 2002 年 8 月 10 日
鉴定委员会名单如下：
鉴定委员会主任 龚世缨 华中科技大学 特聘教授
副主任 钱照明 浙江大学 教授、博导
副主任 廖建强 武汉钢铁设计研究总院 主任工程师教授级高工
委员 王雪帆 华中科技大学 教授、博导
委员 刘建政 清华大学 副教授
委员 曾幼云 北京钢铁设计研究总院 教授级高工
委员 李玉宏 山西海鑫钢铁集团公司 高工
委员 张广祥 武汉钢铁设计研究总院 教授级高工
委员 尉健翔 襄樊仪表元件厂 教授级高工
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