水阻柜
一、水阻柜的現狀
水阻，顧名思義，即水電阻。此技術最早發源于日本，在1985年上半年被引進到中國--在當今大容量電機上得到廣泛的應用，現階段比較適合中國的國情，因而在國內各大工礦企業大量普及使用。 由于電動機直接起動時，起動電流會達到電機額定電流的7~8倍，一般上一級變壓器的容量都承受不了，特別是大功率的電機，必須加裝起動設備，否則會造成變壓器局部下跳閘。 早先的起動設備，主要有：電阻器起動和頻敏起動等。電阻器起動通過切換電阻的數量，改變串入電機的電阻，由于切換電阻屬于有級調速，所以切換瞬間沖擊較大。頻敏起動據說是諧波成分比較大。 隨著技術的逐步進步，后期發展的水阻起動，由于屬于無級調節，所以起動過程較平滑，切換無沖擊電流等等優點。
三、水阻的分類
按照電機的不同，分為兩種水阻： 一種是轉子串水阻，即電機屬于繞線式電機，即轉子回路未短接。此時通過改變起動過程中轉子回路的電阻值來逐步實現軟起動。 二是定子串水阻，即電機屬于鼠籠型電機，即轉子回路在電機內部已短接。此時通過改變起動過程中定子回路的電阻值來逐步實現軟啟動。 按照實現方式的不同，分為兩種水阻： 一種是溫度改變阻值大小，即在啟動過程中，由于液體內部的電解液隨著液體溫度的升高，電解液分子活動加劇，使電阻值逐步減小，逐步改變機端電壓，使之達到軟起動的目的。 二是通過柜內增加極板升降電機，勻速的改變輸入輸出極板之間的距離，改變電阻值的大小，逐步改變機端電壓，使之達到軟起動的目的。 其中若是溫度改變阻值大小，主要屬于定子串水阻系列。 若通過極板升降電機改變阻值大小，則定子和轉子串水阻都可。
四、水阻的主要廠家及內部結構
全國的大半水阻柜是在湖北襄樊生產，由于無技術門檻，所以現各地都能仿制生產，但規模大部分較小。 若以溫度改變阻值，其柜內部主要包括： 1、 旁路柜：主要是起動完畢后，將水阻柜短接。 按一次原理的不同，和短接接觸器的數量，有的在短接后將水阻完全拖開的，有的在短接后，水阻仍然帶電。 根據客戶需要，選擇真空斷路器或者真空接觸器。真空斷路器需要分、合閘操作，而真空接觸器又分為電保持和機械保持式，電保持不需另增加分閘操作，掉電即分閘，而機械保持式需要分閘操作。 2、 水阻柜主體：主要包括3個獨立的水箱，水箱底部有一固定的銅極板，水箱 上部有一固定的銅極板，分別引出進出一次線。 主要根據電機大小，計算需要的散熱液體體積，則柜體體積有大有小。例如電機在10MW，則水阻柜主體可能達到10米*2米*4米。 若以極板升降改變阻值，其柜內部主要包括：水箱（三相分開），一套極板，極板升降電機和相應的軸承，及短接接觸器（短接的接觸器也應客戶需要）PLC等。
五、運行相關
1、若以溫度改變阻值： 待廠家調試完后，每個極板都浸泡在水中，水中加入了根據計算的電解粉。起動時，通電后，則水阻內，溫度逐漸升高，電解液分子活動加劇，極板之間的電阻值逐步減小，電機端的電壓逐步由低到高，根據調整的時間，起動完畢后，短接接觸器短接，起動完成，水阻被甩開。此種原理的水阻，電機進行連續重起時，由于每次重起時，水溫不一致，因此其啟動特性會有差異。在啟動時間間隔較長的情況下，其啟動特性基本可保持一致。 若以極板升降改變阻值： 待廠家調試完后，每個極板都浸泡在水中，水中加入了根據計算的電解粉。起動前，上極板在最上面，起動時，上極板在升降電機的帶動下，逐步下移，（有的設置是下移幾秒，停幾秒，繼續下移，重復）則兩極板之間的距離減小，相應的兩極板之間的電阻值減小，則電機端的電壓逐步由低到高，當上極板移動到最下限位時，短接接觸器短接。與此同時，上極板開始往上回升，升到最上限位時，起動完成。此運力的水阻，電機連續啟動時，啟動特性差別不會很大，但是伺服電機等部件造成水阻為維護量略上升。 水電阻目前已經做到10MW以上，所以在我們目前所涉及的功率范圍以上兩種與變頻配合使用，問題都不大。
六、一些數據
一般水阻啟動，起動電流倍數在2~3.5倍之間，網側壓降都能滿足上一級變壓器的容量要求。 根據電機大小，起動時間一般為20~40秒，時間一般都可調，一般超過40秒，則開關柜會有反時限保護。 “水阻起動信號”： 現一般的水阻柜，都是采用PLC控制，其中，水阻柜起動信號，取的是對應的開關起動柜的“斷路器合閘狀態”，也就是說，當開關柜的斷路器合閘以后，水阻柜的PLC接收到信號后，就開始起動，如極板開始下移。 當開關柜的斷路器分閘以后，水阻柜的PLC接收到信號后，就將短接接觸器分斷。
七、變頻改造與水阻柜的影響
轉子串水阻：（對應繞線式電機，手動旁路）
一次回路的改造，與普通的變頻改造一樣； 二次回路的改造，需從水阻柜的短接接觸器引出一對“短接接觸器常閉點”，接入變頻器的“急停”回路，可理解為：若水阻柜的短接接觸器不短接，則變頻器無法起動。要注意的是接入“急停”回路時，要繞過“遠程/就地”轉換開關。 即等繞線式電機轉子短接后，作為鼠籠式電機起動。 在現場，我也見到另類的轉子串水阻變頻改造，用戶直接將電機的轉子連接處打開，將轉子上直接短接上銅排，則成為了鼠籠式電機。此時，已完全甩開了水阻。但萬一變頻器發生故障，變頻轉為工頻時，則需要將轉子上的銅排拆下，比較麻煩。但選擇權在于用戶，用戶認為自己的轉子經常會發生放炮現象，所以短接后比較合適。 也就是說，如果是轉子串水阻，會相應的簡單，出廠圖紙只需增加一處即可。
定子串水阻：（對應鼠籠型電機）
此改造相對復雜，需要確定的內容主要如下： 1、 短接接觸器的情況： 短接接觸器最少是一個，有時也有兩個，也可能是三個。 其中要詢問清楚各接觸器的合、分閘順序，這個在自動旁路柜中一定要弄清楚，因為在自動變/工頻轉換過程中，可能會造成嚴重后果。 要詢問清楚各接觸器的自鎖方式，是電保持，還是機械式保持。如是電保持，合分閘共用一個信號即可。如是機械式保持，則合、分閘要分開設計。 2、 水阻柜起動信號 變頻改造前，水阻柜起動信號接收的是“斷路器常開點信號”。 若變頻改造后，則一般需要在此起動回路里增加變頻器“工頻狀態”信號。 即工頻時，水阻仍正常起動，若變頻時，則水阻柜不起動。 3、 水阻柜短接信號 變頻改造前，水阻柜短接信號接收的是“下限位行程開關信號”。 變頻改造后，則根據要求靈活改變，需在短接接觸器的合、分閘回路增加控 制信號。控制方式根據客戶要求及系統安全性確定。
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