降补固态软启动器说明

TCS系列降补固态软起动装置
1 概述
1.1 主要用途及适用范围
TCS系列降补固态软起动装置适用于大中型高压鼠笼交流异步电动机或异步起动的高压同步电动机，作电机降压起动之用。

使用该软起动装置起动电机具有起动电流小且恒定、转矩大且逐步增加的软起动特性，不受环境温度变化的影响，起动时对电网影响很小，无电磁干扰，是各种降压起动的理想替代产品, 相对于高压变频软起动器而言，又具有明显的操作简单、免维护、无谐波污染等优势。

该装置采用了两项专利技术，技术水平国内领先，属国际首创。

TCS 系列降补固态软起动装置广泛用于电压等级为6kV 、10kV ，额定功率50000kW以下电机的降压软起动。

1.2 产品特点
1、起动时回路电流小于1.8倍电机额定电流，最小可达到额定电流,且恒定；
2、起动时电网的压降在5%-12%之间可任意选择；
3、对电网容量要求很低，显著减小变压器安装容量，大幅降低一次设备投资；
4、起动转矩大，可满足不同负载的要求；
5、可连续起动，重复精度高，起动时切换过程无操作过电压；
6、无谐波，压降很低，基本不影响电能质量；无附加有功损耗；
7、全密封，不受环境限制，安全可靠，寿命长，基本免维护；
8、体积较小，安装使用方便。

1.3型号的组成及意义
图1-1 型号说明
1.4 型号及规格
目前的TCS降补固态软起动装置共分为2、3、6三种系列，2系列适用功率范围为6000kW以下，3系列适用功率范围为5000kW-32000kW，6系列适用功率范围为
10000-50000kW并且同一功率下精度比3系列高。

1.5 使用环境条件
1、环境温度：上限50℃（24小时平均气温不超过45℃）,下限－10℃；
2、相对湿度不超过90%；
3、海拨高度不超过2000m；
4、应放置室内无剧烈振动及冲击且垂直倾斜度不超过5°的场合；
5、不允许有导电尘埃及腐蚀性气体；
6、没有火灾及爆炸危险的场所。

注：1、环境温度长期低于—10℃时，用户订货时应予说明。

2、海拨高度超过2000m 的地区，用户订货时应予说明。

2 结构特征与工作原理
2.1总体结构及其工作原理、工作特性。

本装置总体结构如下图
图2-1 降补装置配置图
核心部分为降补固态软起动器（包括降压控制装置和无功控制装置），通过软起起动柜将其与10kV 母线联系，通过软起连接柜将其与电机联系。

众所周知，大型电动机在起动过程中将消耗大量的无功功率，从而引起电网电压的波动。

为了降低电机起动对电网电压的影响，需要在电机端并联一个无功发生器，由它提供电动机起动过程中所需要的部分无功功率。

为了进一步降低母线电流I 1，本装置将电动机及无功发生器并联回路经降压器接入电网，通过降低机端电压的方式进一步减小电流。

此时降压器的输出电流为电机电流I D 与无功发生器电流I C 之差，输入电流为输出电流的k 倍(k 为降压器变比，k ＜1)。

即：1D C I k I I （-）。

当起动合闸后，电机端电压逐渐升高，起动转矩逐步增加。

电机达到额定转速后，运行柜合闸，同时降压装置连接柜及起动柜分闸，切除降补固态软起动器，起动完毕。

为减少以至消除操作过电压，我们采用在转切过程中加入缓冲装置的措施。

使得电机在转切全压时没有失电过程，并且保证了电机端电压与母线电压相角的一致性，从而消除了转切时的操作过电压，达到理想的转切效果。

2.2 主要部件的结构、作用及工作原理。

本装置的核心部分为降补固态软起动器，由降压控制装置和无功控制装置组成，其中降压控制装置包括降压器及降压控制器，无功控制装置包括无功发生器及无功控制器。

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中压柜（运行柜、软起起动柜、软起连接柜）
降压器降压控制装置降压控制器降补固态软起动装置降补固态软起动器无功发生器无功控制装置无功控制器
降压器的作用是降低母线电压，给电机施加恰当的起动电压值。

降压器输入为母线电压，考虑到电网及负载的波动，降压器输出设置为三组抽头。

其上部端子如下图：
图2-2 降压器上部端子图
其中，A 、B 、C 为一次侧三相进线，通过软起起动柜与母线相连。

a 、b 、c 为二次侧三组出线，通过软起连接柜与电机相连。

X 、Y 、Z 为降压器中性点引出线，连接至降压控制器进线端。

降压控制器的作用有两点：一是对二次电压的平衡调节作用，弱化中性点的飘移；二是消除转切全压时的操作过电压。

一般降压起动方式，在转切到全压时总存在一个操作过电压的问题。

为减少以至消除操作过电压，我们采用在转切过程中加入缓冲装置的措施，加入后等效电路如下：
图2-3 缓冲阻抗作用等效电路
从等效电路可见，在加入缓冲阻抗后，使得电机在转切全压时没有失电过程，并且保证了电机端电压与母线电压相角的一致性，从而消除了转切时的操作过电压，并使整个转切过程物理过程清晰并可明确计算出来，从而可以预知转切时的状况，达到理想的转切效果。

无功发生器的作用是提供电机起动所需要的大量无功，减小从系统吸收的电流，从而减小对电网的影响。

其等效电路如图5所示：
图2-4 无功补偿矢量图
由图中可以看出，提供无功后，从系统吸收的电流I明显减少。

无功控制器则用来与无功发生器配合，组成无功控制系统，适时提供合理的无功量。

在起动过程不同的阶段，电机所需要的无功是变化的，无功发生器输出的无功太大或太小都必然引起系统的不稳定。

为有效控制无功容量，我们采取以下三个措施来保证系统的稳定和电机电压的逐步抬升。

（1）分级控制
将无功发生器可以产生的无功量设计为多组，在电机开始起动时需要的无功最大，就投入最多组的无功。

当电机转速逐渐升高，所需无功逐渐减少，逐级切除无功组，以限制电压波动、保持系统稳定。

（2）电压控制方式
但仅靠分级来保证显然是不够的，我们采用了更为直接的电压控制方式，直接根据电机端电压的情况动作无功发生器。

随着电机端电压的抬升，若不适时减少无功，将造成系统的不稳。

所以，在留有合理裕量的前提下，我们以电机端电压为控制点，到了某一定值时就进行无功组的切除。

（3）无功量控制策略
在上述两种方式下，已经可以保证系统的稳定，但是如果无功组的大小设置不合理，也会造成切除时的电网电压波动较大。

所以，以切除每个无功组时造成电压波动小于电机刚起动时电压波动的1/2为标准，设计各无功组的大小。

3 技术特性
降补固态软起动装置的三个系列主要性能参数如下表：
表3-1T C S系列降补固态软起动装置主要性能参数
型号适用电机功率
（KW）额定电压
（KV）
起动电
流倍数
母线压降最大起动
时间
起动次数
TCS2 ≤6000 6，10 ≤1.8 7％－15％＜60S 3—5次/小时TCS3 5000—32000 6，10 ≤1.5 7％－12％＜60S 3—5次/小时TCS6 10000—50000 6，10 ≤1.2 5％－10％＜60S 3—5次/小时
4 设备外形及尺寸
图4-1 ~ 图4-5为部分降补固态软起动装置的参考布置图：
图4-1 TCS2—3000/10（6）型降补固态软起动装置参考布置图
图4-2 TCS2—4500/10（6）型降补固态软起动装置参考布置图图4-3 TCS2—6000/10（6）型降补固态软起动装置参考布置图
图4-4 TCS3—5000/10（6）型降补固态软起动装置参考布置图图4-5 TCS3—8000/10（6）型降补固态软起动装置参考布置图
5 附图及照片
5.1一次系统图及接线图
图5-1 一拖一系统主回路配置图
图5-2 一拖一一次系统图
图5-3 一拖一系统接线配线图
5.2 照片
图5-4 新钢现场降补固态软起动装置照片（19000kw电机）
图5-5 现场降补固态软起动装置照片（12500kw电机）
6 附件
附件1 降压器使用说明书
附件2 无功发生器使用说明书
附件3 气体继电器使用说明书
附件4 吸湿器使用说明书。