一、項(xiàng)目背景

水壓試管機(jī)用于對(duì)加工后的直縫焊接鋼管、螺旋焊管、無(wú)縫鋼管及石油套管進(jìn)行水壓無(wú)損試驗(yàn)，檢查鋼管在規(guī)定壓力下有無(wú)滲漏缺陷，保證鋼管的使用性能。水壓機(jī)是一種利用油水平衡控制對(duì)鋼管進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)的機(jī)器。它主要有以下幾部分組成：鋼管傳送裝置、水路系統(tǒng)、油路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。水壓機(jī)的基本工作原理是帕斯卡定律，利用水為工作介質(zhì)，以靜壓力傳遞進(jìn)行工作。工作行程大，在全行程中都能對(duì)工件施加最大工作力，能更有效地鍛透大斷面鍛件，沒(méi)有巨大的沖擊和噪聲，勞動(dòng)條件較好，環(huán)境污染較小。鋼管傳送裝置負(fù)責(zé)鋼管的進(jìn)出傳送，水路系統(tǒng)負(fù)責(zé)鋼管進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)時(shí)向鋼管里充水打壓，油路系統(tǒng)負(fù)責(zé)鋼管靜水壓試驗(yàn)時(shí)控制封頭實(shí)現(xiàn)管端油水壓力平衡，控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行控制和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)保存和歷史數(shù)據(jù)的管理。本文主要介紹2000噸水壓機(jī)系統(tǒng)的水路系統(tǒng)，如圖1所示。

1. 技術(shù)參數(shù)

1.1 試驗(yàn)鋼管規(guī)格

外徑 φ406mm—φ2420mm

壁厚 6——20mm

長(zhǎng)度 6——16m

1.2 單根鋼管最大重量：24.57噸/根

1.3 鋼級(jí)：X80

1.4 最高試驗(yàn)壓力： 25Mpa

1.5 穩(wěn)壓時(shí)間： 5～10s

1.6 密封形式： 內(nèi)徑向密封 （塞密封圈）

1.7試驗(yàn)介質(zhì)： 水

1.8 操作方式： 手動(dòng)、半自動(dòng)（即部分試管步驟自動(dòng)）

圖1 水壓機(jī)液壓站

二、軟啟動(dòng)器原理

啟動(dòng)器（又稱軟起動(dòng)器，電機(jī)軟起動(dòng)器） 軟啟動(dòng)器是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國(guó)外稱為Soft Starter。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的軟起動(dòng)器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至起動(dòng)結(jié)束，賦予電機(jī)全電壓，即為軟起動(dòng)，在軟起動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。電動(dòng)機(jī)屬感性負(fù)載，電流滯后電壓，大多數(shù)用電器都屬此類。為了提高功率因數(shù)須用容性負(fù)載來(lái)補(bǔ)償，并電容或用同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償。降低電動(dòng)機(jī)的激磁電流也可提高功率因數(shù)（HPS2節(jié)能功能，在輕載時(shí)降低電壓，使激磁電流降低，使COS∮提高）。

2.1 .軟起動(dòng)的作用

大功率交流電機(jī)直接起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一系列電氣和機(jī)械問(wèn)題。

電氣方面有：

（1） 起動(dòng)時(shí)可達(dá)5-7倍的額定電流，造成電動(dòng)機(jī)繞組因電流引起過(guò)溫，從而加速絕緣老化。

（2） 造成供電網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)大，當(dāng)電壓≤0.85UN時(shí)，影響其他設(shè)備的正常使用。

機(jī)械方面有：

（1） 過(guò)大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)械沖擊，對(duì)被帶動(dòng)的設(shè)備造成大的沖擊力，縮短使用壽命，影響精確度。如使聯(lián)軸器損壞、皮帶撕裂等。

（2）造成機(jī)械傳動(dòng)部件的非正常磨損及沖擊，加速老化，縮短壽命。

人們?yōu)榱私鉀Q以上問(wèn)題，不斷的尋求解決起動(dòng)問(wèn)題的方法，例如采用自耦變壓器降壓起動(dòng)、串聯(lián)電抗器、液體電阻器、磁控電抗器等起動(dòng)方式。晶閘管降壓軟起動(dòng)是近年來(lái)出現(xiàn)的高科技產(chǎn)品，是計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可以根據(jù)不同的應(yīng)用情況設(shè)置初始轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)時(shí)間、停機(jī)時(shí)間、限流和各種保護(hù)值等。

三、雪普軟啟動(dòng)器簡(jiǎn)介

雪普軟起動(dòng)器設(shè)計(jì)合理，機(jī)構(gòu)緊湊，主要由功率單元和控制單元兩個(gè)部分組成：

（1）、功率單元，由六只晶閘管組成的三相調(diào)壓主電路。由端子L1，L2，L3輸入三相交流電壓UA,UB,UC，若向控制單元輸入起動(dòng)信號(hào)，即激發(fā)微處理器軟起動(dòng)控制程序，控制單元輸出六相脈沖信號(hào)，依次觸發(fā)六只晶閘管，使端子U，V，W，的電壓Ua,Ub,Uc依照預(yù)定的要求逐漸上升，電機(jī)及平滑起動(dòng)。

（2）、控制單元，控制單元主要由微處理器，觸摸面膜板，輸入輸出電路及保護(hù)顯示電路等構(gòu)成。微處理器中存有軟起動(dòng)程序，軟停止程序以及相應(yīng)的控制程序等。

雪普軟起動(dòng)器（漢字）產(chǎn)品簡(jiǎn)介

圖2 雪普軟啟動(dòng)器

如圖2所示，“雪普軟啟動(dòng)器”為緊湊型多功能軟啟動(dòng)設(shè)備，使用最新的全數(shù)字技術(shù)，可控制最大至800KW，三相400V標(biāo)準(zhǔn)的鼠籠式電機(jī)實(shí)現(xiàn)光滑斜坡軟啟動(dòng)功能。堅(jiān)固耐用號(hào)稱’黑金剛’的雪普全數(shù)字中文軟啟動(dòng)器。

該產(chǎn)品其核心部分利用數(shù)字控制技術(shù)和電子控制技術(shù)，控制晶閘管實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的軟起動(dòng)，最大限度消除了機(jī)械電氣沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

（1） 具有技術(shù)先進(jìn)，工作安全可靠，功能更加完善，安裝維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

（2） 具有相序自適應(yīng)能力，允許在輸入端換相，改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。

（3） 該軟起動(dòng)器控制電機(jī)平滑起動(dòng)，減小起動(dòng)電流，避免起動(dòng)沖擊，減小配電容量。

（4） 起動(dòng)電流倍數(shù)可根據(jù)負(fù)載情況調(diào)整，減小起動(dòng)損耗，以最小的電流產(chǎn)生最佳轉(zhuǎn)矩，是一種節(jié)能產(chǎn)品。

（5） 自由停車和軟停車可選，軟停車時(shí)間可調(diào)。

（6） 軟起時(shí)間可調(diào)，初始電壓可調(diào)。

（7）對(duì)于重載起動(dòng)而設(shè)計(jì)了突跳起動(dòng)脈沖，根據(jù)重載大小可調(diào)整突跳次數(shù)。

（8） 近程直接起動(dòng)是在晶閘管損壞的情況下，而采取的緊急措施，一般不要使用。

（9）該軟起動(dòng)器同類其他廠家產(chǎn)品比較，系統(tǒng)的功能檢查非常方便。

（10）從研究開發(fā)理念和思路上， 雪普充分考慮的了中國(guó)用戶的現(xiàn)場(chǎng)情況和技術(shù)工人的要求，將原來(lái)需要設(shè)置參數(shù)的英文文字全部用中文顯示， 極大的方便了現(xiàn)場(chǎng)的人員。

雪普軟啟動(dòng)器使用最新的全數(shù)字控制與驅(qū)動(dòng)芯片技術(shù)，可控制最大至800KW，三相400V標(biāo)準(zhǔn)的鼠籠式電機(jī)實(shí)現(xiàn)光滑斜坡軟啟動(dòng)性能。不象傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)器，靠電壓控制斜坡，而是在啟動(dòng)時(shí)，持續(xù)不斷地監(jiān)測(cè)和控制電機(jī)電流。軟起動(dòng)器 安裝調(diào)節(jié)方便，所有控制連接及參數(shù)調(diào)節(jié)均在正面上完成。該軟起動(dòng)器在安裝后用戶仍可方便就地改造，如：附加限流功能和內(nèi)接/外接轉(zhuǎn)換選擇。該軟起動(dòng)器可不帶旁路持續(xù)在線運(yùn)行。軟起動(dòng)器為旁路和故障單獨(dú)設(shè)置了控制繼電器。該軟起動(dòng)器所有參數(shù)均通過(guò)面板上的三只旋鈕電位計(jì)和一只拔碼開關(guān)設(shè)定，直觀準(zhǔn)確。它甚至可以工作在有振動(dòng)和環(huán)境溫度較高的應(yīng)用場(chǎng)合。當(dāng)該軟起動(dòng)器用于內(nèi)接時(shí)因可控硅模塊上承受的是三角形接法時(shí)的相電流，所以相同電流的軟起動(dòng)器在內(nèi)接時(shí)可以負(fù)載比外接時(shí)大1.73倍的電機(jī)。如一臺(tái)58A的S型軟起動(dòng)器內(nèi)接應(yīng)用時(shí)可以負(fù)載100A的電機(jī)。

在勝利油田鋼管廠電控系統(tǒng)中使用的數(shù)字型軟啟動(dòng)器，型號(hào)分別是：

（1） 6SSD-0085-0045 這種機(jī)型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橐簤洪y，就象上面所提到數(shù)字型軟啟動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)，在此應(yīng)用領(lǐng)域，軟啟動(dòng)器對(duì)電機(jī)無(wú)沖擊，提高了供電可靠性，減少對(duì)負(fù)載機(jī)械的沖擊轉(zhuǎn)矩，延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命

（2） 6SSD-0145-0075 這種機(jī)型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)?a target="_blank">高壓水泵

（3） 6SSD-0205-0110 這種機(jī)型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榈蛪核?/p>

四、參數(shù)設(shè)定

勝利油田高壓水泵兩臺(tái)（一用一備），75KW，380V;低壓水泵兩臺(tái)（一用一備），110KW，380V。低壓水泵用來(lái)向水壓機(jī)主缸夾緊的待測(cè)鋼管充水，這是放氣閥排氣，當(dāng)水壓機(jī)上排氣管排出水柱時(shí)，排氣完畢，放氣閥關(guān)閉，這是高壓水泵開始向鋼管內(nèi)充填高壓水。

首先設(shè)定兩臺(tái)高壓水泵的軟啟動(dòng)器，在雪普軟啟動(dòng)器顯示界面設(shè)定如下參數(shù)：

1、 額定電壓：AC 380V.

2、 額定工作電流：145A

3、 起動(dòng)電壓：10% （可以在10～90%內(nèi)設(shè)點(diǎn)）

4、 起動(dòng)時(shí)間：15s（可以在10s～240s內(nèi)設(shè)定）

5、 停車時(shí)間：10s （可以在5s～90s內(nèi)設(shè)定）

6、 電流極限：150% （可以在100～600%內(nèi)設(shè)點(diǎn)）

7、 啟動(dòng)模式：降壓 （可以選擇降壓/限流）

8、 停車模式：軟停車（可以選擇自由停/軟停車）

9、 保護(hù)功能：短路、三相不平衡、欠壓、過(guò)壓、缺相、旁路故障、過(guò)載、輸出斷相、可控硅過(guò)熱、起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、同步故障等

10、 啟動(dòng)頻率：20次/小時(shí)

再設(shè)定兩臺(tái)低壓水泵的軟啟動(dòng)器，在雪普軟啟動(dòng)器顯示界面設(shè)定如下參數(shù)：

1、 額定電壓：AC 380V.

2、 額定工作電流：205A

3、 起動(dòng)電壓：10% （可以在10～90%內(nèi)設(shè)點(diǎn)）

4、 起動(dòng)時(shí)間：15s（可以在10s～240s內(nèi)設(shè)定）

5、 停車時(shí)間：10s （可以在5s～90s內(nèi)設(shè)定）

6、 電流極限：150% （可以在100～600%內(nèi)設(shè)點(diǎn)）

7、 啟動(dòng)模式：降壓 （可以選擇降壓/限流）

8、 停車模式：軟停車（可以選擇自由停/軟停車）

五、結(jié)論

雪普高壓軟起動(dòng)器應(yīng)用在水壓機(jī)上帶來(lái)的好處如下：

l、 電機(jī)起動(dòng)時(shí)，電流從零平滑上升到設(shè)定值，平穩(wěn)起動(dòng)，無(wú)電流沖擊，減小了機(jī)械負(fù)載的沖擊轉(zhuǎn)矩，防止過(guò)壓和水錘效應(yīng)，保證了設(shè)備的安全運(yùn)用，可提高電機(jī)和相關(guān)機(jī)械設(shè)備的使用壽命；

2、 顯著降低交流電機(jī)的起動(dòng)電流，因而減小了電網(wǎng)電壓波動(dòng)及對(duì)其它用電部門的影響；

3、 能實(shí)現(xiàn)軟停車，可消除驟然停機(jī)對(duì)某些設(shè)備的沖擊與損壞；

4、 降低了供電設(shè)備容量，能節(jié)約項(xiàng)目電氣設(shè)備的投資費(fèi)用；

5、整套設(shè)備體積小、施工方便，可為用戶節(jié)約大量基建投資。

雪普全數(shù)字軟啟動(dòng)器在山東勝利油田鋼管廠2000T高壓水壓試管機(jī)中于2006年3月中旬正式投入運(yùn)行，至今運(yùn)行已經(jīng)半年時(shí)間了，效果良好，堅(jiān)固耐用獲得石油行業(yè)客戶的好評(píng)，被譽(yù)為黑金剛（合金鋼）產(chǎn)品。全數(shù)字智能型軟啟動(dòng)器具有優(yōu)良的啟動(dòng)和0~60S的軟停止時(shí)間可調(diào)功能，其性能可靠，參數(shù)設(shè)定方便。