一、水阻柜原理

一、水阻的由来
水阻，顾名思义，即水电阻由于电动机直接起动时，起动电流会达到电机额定电流的1.5-3.5
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。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。
二、水阻的分类
按照电机的不同，分为两种水阻：
一种是转子串水阻，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。二是定子串水阻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。
按照实现方式的不同，分为两种水阻：一种是温度改变阻值大小，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。
二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
于定子串水阻系列。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。
三，水阻的主要厂家及内部结构
全国的大半水阻柜是在湖北襄樊生产，其中主要以湖北展宇，国电等规模比较大。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，水箱上部有一固定的铜极板，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。
四、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，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。
五、一些数据
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20~40秒，时间一般都可调，一般超过40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，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。
六、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，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。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：M高压启动柜
10KVQSKMZINVERTRK2K1水阻柜高压变频器
图一
M高压启动柜10KVQSKMZINVERTRK2K1水阻柜高压变频器图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
3、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。M高压启动柜水阻柜高压变频器
图一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。