油气发电机组并网供电的特殊电网工况下大功率负载的过渡过程常存在低频保护等导致不能起动成功的问题，本文通过研究和实践总结了改进GZYQ高压液态软起动产品增加负载分配的功能，很好地解决了电网突加负载能力弱与电动机起动冲击大的工程实际问题。
随着油气长输管道行业的大力发展，泵类的容量也越来越大，作为驱动设备的交流电动机容量也随之增大。由于交流电机在直接起动的过程中，将产生5-8倍于电动机额定电流的起动电流，对供电设备、电动机及所拖动的机械设备会造成极大的损害。在泵类应用中，直接起停电动机还会造成水锤效应和高的管压。基于解决以上问题，较大容量的电动机应采用降压起动。
由于油气输油泵站多是野外工作环境，且由柴油发电机组或燃气发电机组并网供电的特殊电网工况，导致其对拖动负载的运行会产生一些意想不到的技术问题，特别是对单机容量大并有短时过渡过程的负载，如主输油泵的起动过程。
我们在中石油海外某油田采用天然气发电机组供电源的电网方式中，由于电网供电能力特别是突加负载能力方面十分脆弱，采用传统的降压起动方式是电网不能满足起动要求。通过多方在详细考察国内外软起动设备厂商和论证改善电网的突加负荷能力与调整起动方案的基础上，选用了通过改进GZYQ高压液态软起动产品，增加负载分配的功能很好地解决了该电网突加负载能力弱与电动机起动冲击大的工程实际问题。
1、工程背景情况
1.1 管道输送首站电动机和输油泵
该国际工程安装了由瑞士公司生产的两台离心泵，一用一备。配意大利生产的恒速电动机，其额定功率2000 kW，额定电压11kV，额定电流117A，额定转速2990 rpm。电动机与输油泵间采用液力偶合器联接。
1.2 工程上游电站
该工程上游电站（以下简称为电站）在一期已经安装投产了3台2050 kW柴油发电机组，正常情况是两用一备进行供电；3台发电机组额定功率为6150 kW。
二期工程增加4台由燃气发电机组，每台发电机标称的额定功率为4200kW；目前每台发电机实际供电能力为 3000 kW，即75%额定功率。
1.3 电动机软起动设备及方案
如果直接起动电动机，根据厂家的技术数据，电动机瞬时起动电流为6.2倍的额定电流，即6.2 × 117 = 725.4 A。起动过程中，需要至少提供12,400 kW的功率。这是目前电站无法提供的。为解决离心泵电动机的起动问题，用户批准了追日电气的GZYQ高压液态软起动设备。
追日电气根据业主提供的电站和电动机技术的数据技术数据进行软起动装置设计、制造和运行模拟试验，并按电网的运行模式多次进行计算仿真计算来模拟现场实际电动机起动运行过程，提前预制好起动时的各项参数，有力保障了设备的正常供应与现场调试。系统基本电气原理图如图1所示。
图1
2、电动机起动运行的问题与方案的调整
2.1 电动机软起动的现状
根据前方现场及用户方提供的现场起动实际情况，被起动2000KW电动机试车时出现了低频保护，此时电动机的起动电流仅230A，时间不到2S，电动机的起动力矩不够克服自身的静阻力矩，系统因低频保护自动保护导致工作中止，如图2所示。而此时输出电网的起动支路用电容量仅仅是保证电动机能转动的最低容量，即使软起动产品还可以减小起动电流，但对电机来说是不允许了，因而起动支路负荷容量是不能降低了。
图2
2.2 电动机起动及电网系统分析
经过咨询和探讨，认为引起电网低频保护跳闸的主要原因是电网输出容量小于供电负荷所需要的容量，导致发电机的转速降低，出力不足，如不能快速补偿上来导致出力更低，包括用电负荷的电动机，致使保护。
因而从现状分析，要么增加发电机的单位出力达到额定出力，要么减小用电负荷，包括起动支路的容量。而后者在现有的电机容量下，如起动初始电流低于230A，可能电机转不起动，因此起动支路的起动容量不能低于230A的起动容量。
同时我们也注意到现场提供数据表明5100kVA发电机组，每6秒钟出力才能达到12MVA的输出容量，我们感觉这是一个不好的现象。这样3台并网，6秒最大输出容量为3.6MVA。同时两台或更多台发电机组的并网应用，它们之间的同期性、同频率和相同的幅值以及功率的合理分配也是需要配合的问题。
从发电机的过负荷能力曲线可看出其特性是比较软的，原动机缺乏鲁棒性，从电动机实际起动起始电流为2 Ie时，维持2S就出现低频保护的现象，说明如果增大起动电流即起动支路负荷，则效果更难控制。
由发电机负荷过载曲线可看出，该发电机的过载能力就在电动机起动的前段时间。在仅有电动机转子惯量时，通过加大起动电流，在这有限的时间内起动起来也许成为可能。理论上，按电源容量估算的允许全压起动的电动机最大功率为发电机功率0.12-0.15倍，按现在多台并网的理论容量，是足够电动机支路进行软起动的。
但低频保护的关键原因为电网的容量与用电支路的容量不匹配引起，对于理论上发电机组容量大于用电负荷所需容量的现状来说，主要的认为是发电机组出力不够或用电负荷实际用电量过大引起。因而从现状分析，考虑软起动装置有现场调整的灵活性，可增加功能通过调整阻值的大小及速率来减小起动支路的加载容量进行配合。
2.3 系统电动机调功与起动方案的制定
鉴于发电机单位时间输出容量的能力不能调整，电动机（2000KW）起动支路的起动容量应尽量少，在充分沟通的基础上我们制定了在初始电动机不转动情况下逐渐加载的思路，结合液态软起动与电动机起动特性制定了主要实施思路：通过现场调配加大液态软起动装置的初始阻值，减小对电站应提供视在功率的需要，并保证足够的有功容量；经过改变在液态软起动装置PLC内的程序，使电动机起动支路的负荷容量逐渐加大，尽量控制负荷增大的速率，使发电机组输出的容量逐渐增加，从而满足电动机所必须的起动容量。
电站方面在起动装置投入时提供给电动机支路相应的功率容量，并保证其出力能力在短时间内稳定增大；这种要求主要是考虑起动装置液阻变化速率有限和电动机加速过渡运行所必须的能量。同时发电厂应确保多台发电机组并网输出功率的同步性；
增加液态软起动产品的短时调功功能，即2000KW电动机起动支路在起动过程中为了满足发电机的工作特性，为减小起动支路容量只能在电动机的堵转的情况下进行过渡，以满足发电机的加载特性。因而电动机应能承受相应的工作要求。
3、结合电网特性的高压液态软起动调功方案的实施效果
GZYQ高压液态软起动可以很方便地调节和改变液态电阻阻值，并通过PLC控制系统通过控制液阻的大小，达到调节电机起动力矩和起动时间的目的。整个起动过程控制在较小起动电流下均匀升速，从而实现电动机的软起动。液态软起动的最大长处就是它的阻值可塑性好，靠改变水中的适宜导电介质的浓度来改变本身的电阻率，其可调整范围理论上是非常大的。
根据该负载、工艺、参数、电网环境等的特殊性，我们直接通过现场的改造增加了本设备的短时调功功能，即结合供电电网发电机组的短时加载特性，在初始不考虑电动机转动的情况下减小电动机支路的突加负载，随着发电机加载能力的提升逐步增加电动机支路的起动容量，保证电网与负载的匹配直到起动成功正常运行。
因而在考虑此例管道离心泵电动机起动方案时，最主要问题就是针对燃气发电机组技术特性为20s才能达到额定功率的特点进行负载调功和起动，使得通过软起动设备的电流缓慢增加，与电站发电机组供电相匹配。调整电阻值的方法是由伺服电机变频器来连续、精确地调整极板间距，保证在起动电动机过程中，达到连续和稳定调整电阻值（即电流）的目的。
经过多方紧密配合，该工程离心输油泵电机系统在扩展功能的液态软起动装置控制下成功投运，完全达到预期目的。通过现场的系统监控输油泵电机起动效果如图3所示。
图3
结束语
具有调功功能的高压液态软起动装置在该国际型的油田输油工程特殊电网下的成功投运，充分说明与其它同类设备相比具有更明显的现场适应性和宽的调节性，同时也体现了高压液态软起动这一具有中国独创性的技术在国际上的先进水平。
实践证明，高压液态软起动装置不仅满足了原油管道电机与发电机组的特性匹配及正常起动运行需要，而且减少了投资、节省了维护费用，为用户取得了很好的经济效益。另外，在国际性的石油、化工、建材中重大工程均可采用此技术，扩大国产设备在国际市场的占有率，提高中国电气产品在世界上的影响力。
（摘编自《电气技术》，原文标题为“高压液态软起动装置在燃气发电机组电网下的功能研究与应用”，作者为孙玉鸿、张卫平。）
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