通俗易懂教你了解液态起动柜

一、液态起动柜的现状
       液态起动柜俗称：“水阻柜”或“水电阻”，此技术最早发源于日本，发明于70年代，在大量新技术及新型电子元件产生的今天，液态起动柜属于成熟可靠简单易用的产品。由于其低廉的价格，以及在大容量电机起动设备上技术的限制，现阶段非常适合中国的国情，因而在国内各大工矿企业大量普及使用。

二、液态起动柜的由来
      由于电动机直接起动时，起动电流会达到电机额定电流的7~8倍，一般上一级变压器的容量都承受不了，特别是大功率的电机，必须加装起动设备，否则会造成变压器局部下跳闸或烧坏。 早先的起动设备，主要有：电阻器起动和频敏起动等。电阻器起动通过切换电阻的数量，改变串入电机的电阻，由于切换电阻属于有级调速，所以切换瞬间冲击较大。频敏起动据说是谐波成分比较大。随着技术的逐步进步，后期发展的水阻起动，由于属于无级调节，所以起动过程较平滑，切换无冲击电流等等优点。
三、液态起动柜的分类
1.按照电动机串阻电路的不同，分为两种液态起动柜：
       一种是绕线电机液态起动柜，在绕线式电动机的转子回路中串入一特制的液态可变电阻器，随着电动机的起动，电阻器的阻值均匀无级平滑减小而趋于零，当电动机转速均匀提升至接近额定转速时，电动机转子回路被短接而投入正常运行，液态可变电阻器被旁路。在整个起动过程中，因液态可变电阻器为纯阻性，因此，无谐波污染电网。
        另一种是鼠笼（同步）电动机液态起动柜，在鼠笼（同步）电动机定子回路串入液态可变电阻器,通过对液态可变电阻器和起动时间的控制,实现鼠笼电机平滑无冲击的降压起动或同步电动机的异步降压起动。在起动过程中,可明显降低电机的起动温升,减少线路上的电压降,对延长电机的使用寿命,降低单位产品成本,提高企业的经济效益有重要意义。
2.按照液态起动柜改变电阻方式不同
        一种是温度改变阻值大小，即在起动过程中，由于液态电阻内部的电解液随着液体温度的升高，电解液分子活动加剧，使其电阻值逐步减小，逐步改变机端电压，使之达到软起动的目的。
         另一种是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。
         其中若是温度改变阻值大小，主要属于鼠笼（同步）电动机液态起动柜。
         若通过极板升降电机改变阻值大小，则绕线电机液态起动柜和鼠笼（同步）电动机液态起动柜都可。
四、液态起动柜组成
        全国的液态起动柜是在湖北襄阳（襄樊）生产，由此襄阳被称为“中国液态起动柜之乡”。由于无技术门槛，所以现各地都能仿制生产，但规模大部分较小。

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，水箱底部有一固定的铜极板，水箱上部有一活动的铜极板，分别引出进出一次线。
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10米*2米*4米。
   若以极板升降改变阻值，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。
五、运行相关
1、若以温度改变阻值：
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，则水阻内，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，短接接触器短接，起动完成，水阻被甩开。此种原理的水阻，电机进行连续重起时，由于每次重起时，水温不一致，因此其启动特性会有差异。在启动时间间隔较长的情况下，其启动特性基本可保持一致。
若以极板升降改变阻值：
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，短接接触器短接。与此同时，上极板开始往上回升，升到最上限位时，起动完成。此运力的水阻，电机连续启动时，启动特性差别不会很大，但是伺服电机等部件造成水阻为维护量略上升。
水电阻目前已经做到10MW以上，所以在我们目前所涉及的功率范围以上两种与变频配合使用，问题都不大。
 
六、主要数据
一般水阻启动，起动电流倍数在2~3.5倍之间，网侧压降都能满足上一级变压器的容量要求。
根据电机大小，起动时间一般为20~60秒，时间一般都可调，一般超过60秒，则开关柜会有反时限保护。
“水阻起动信号”： 现一般的水阻柜，都是采用PLC控制或继电器控制，其中，水阻柜起动信号，取的是对应的开关起动柜的“断路器合闸状态”，也就是说，当开关柜的断路器合闸以后，水阻柜的PLC接收到信号后，就开始起动，如极板开始下移。
   当开关柜的断路器分闸以后，水阻柜的PLC接收到信号后，就将短接接触器分断。
 
七、变频改造与水阻柜的影响
变频改造后，有相应的很多方面都需要更改，在以下几方面阐述：
转子串水阻：（对应绕线式电机，自动旁路水阻）
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。
在现场，我也见到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，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。
   也就是说，如果是转子串水阻，会相应的简单，出厂图纸只需增加一处即可。
 
定子串水阻：（对应鼠笼型电机）
此改造相对复杂，需要确定的内容主要如下：
1、  短接接触器的情况：
短接接触器最少是一个，有时也有两个，也可能是三个，如：

                                图一

                               图2
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、  水阻柜起动信号
变频改造前，水阻柜起动信号接收的是“断路器常开点信号”。
若变频改造后，则一般需要在此起动回路里增加变频器“工频状态”信号。
即工频时，水阻仍正常起动，若变频时，则水阻柜不起动。
3、  水阻柜短接信号
变频改造前，水阻柜短接信号接收的是“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
制信号。控制方式根据客户要求及系统安全性确定。以吉林四平红嘴钢铁为例进行说明。

                                图三
此系统为定子串水阻，水阻柜只有一个接触器，接触器为机械保持式，系统改造一次原理如图一所示，完整的二次原理更改如下：
1、  PLC程序更改了逻辑，并引出线接到KM的分、合闸线圈。水阻柜接触器KM控制方案如下：
   在变频器工频状态下，KM仍由水阻柜本身的逻辑来控制；
   在变频器变频状态下，当高压启动柜断路器QS合闸时，KM会合闸；
   在变频器变频状态下，当高压启动柜断路器QS分闸时，KM会分闸。
2、水阻柜起动信号：增加变频器“工频信号”串入起动回路。
3、开关柜允许合闸信号：
将变频器“高压合闸允许”串入开关柜允许合闸回路。但是略有改动，其中从控制器发出的“高压合闸允许”串入了“变频状态”信号。这与一次事故有关，若在工频下时，行程开关不到位，即“工频信号”无输出，也就是水阻无法接收到起动信号，此时若变频柜门都关闭，万一合上高压，则控制器发出的“高压合闸允许”会导致高压合上，而水阻因无起动信号，会造成液体持续带高压而导致液体开锅事件。