水电阻启动柜运行原理及优缺点 水阻柜改造变频器解析

一、水电阻启动柜的优点和缺点

       水电阻启动柜对于大功率电机来说作为软启动具有很好的效果，而且操作简单，性价比高，因而近些年一直很受广大用户的欢迎和亲赖，但如果作为调速，必须将水阻柜箱体（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。

二、水电阻启动柜的改造方式

       因现场工况需要，在现场进行实际改造中，虽然水阻柜存在以上缺点，但是客户在水电阻起动柜改造变频时还是会保留工频水阻启动的模式。

    （一）一般水阻柜有两种改造方式，按照电机的不同，分为两种水阻串接方式

       1、转子串水阻

        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。

       2、定子串水阻

       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启动。

       （二）按照实现方式的不同，分为两种水阻

        1、温度改变阻值大小

       即在启动过程中，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，主要属于定子串水阻系列（即鼠笼式电机）。

       若通过极板升降电机改变阻值大小，则定子和转子串水阻都可。目前常用的方式还是通过极板升降的方式，方便控制启动过程。

三、水电阻启动柜的内部结构

     （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，将水阻柜短接。

       按一次原理的不同，和短接接触器的数量，有的在短接后将水阻完全拖开的，有的在短接后，水阻仍然带电。

       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、水阻柜主体

       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：定子串水阻）

       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,则水阻柜主体可能达到10m*2m*4m.

    （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。

四、水阻柜改造变频器

    （1）转子串水阻（对应绕线式电机，手动旁路）

        一次回路的改造，与普通的变频改造一样；

       二次回路的改造，需从水阻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：若水阻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；

       水阻柜启动条件串入工频状态。

       现场应用案例介绍：采用"转子串水阻"模式的变频改造，现场电机参数如下表所示：

       电机型号YPKK800-6转速993R/MIN

       功率2800KW电机厂家

       额定电压10KV水阻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 现场要求水阻柜改造变频，且工频运行模式下保留水阻柜的软起功能，电机为三相异步绕线式电动机，水阻柜类型有柜内增加极板升降电机（即极板升降改变阻值）。变频器为一托一手动旁路柜，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线是不经过水阻柜的

        此时，变频器模式下，水阻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，水阻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，水阻柜接收到QF合闸信号及工频状态后，水阻柜运行，此时水阻柜极板自上而下运行，通过水阻柜实现软起，当极板运行至底部的时候，有个限位开关，通过连锁，给水阻柜接触器KM一个信号，使水阻柜内的真空接触器KM吸合，将水电阻短接掉并保持，绕线式变成鼠笼式电机启动完成，经过延时几秒后，动极板自动复位至原始状态，等待一下次启动。

       采用变频模式运行时，首先QS1、QS2隔离开关合闸，DCS启动QF合闸，高压电进入变频器，（水阻柜启动信号串入工频状态，此时启动不了，），同时KM水阻柜接触器接收到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远程启动/停止/调节变频输出。

       另外，我也见过另类的转子串水阻变频改造，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，已完全甩开了水阻。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启动，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）定子串水阻（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：

       短接断路器。短接接触器少是一个，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。

       水阻柜启动信号。变频改造前，水阻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，水阻柜启动，工频实现软起），若变频改造后，则一般需要在此起动水阻柜启动信号的回路里增加变频器"工频状态"信号。即工频时，水阻仍正常起动，若变频时，则水阻柜不动作。

       水阻柜短接信号。变频改造前，水阻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。高压经过水阻柜。

       控制方式根据客户要求及系统安全性确定。