软启动器在三里桥泵站运行改造中的应用

摘 要：异步交流电机因价格低、运行可靠，广泛应用于排涝泵站。但其启动性能差，传统降压启动存在二次电流冲击与水锤效应等问题。软启动技术通过调节晶闸管导通角实现电机平稳启动，能有效抑制电流冲击、消除水锤现象。本文以无锡市城区北塘联圩排涝泵站改造为例，分析了苏州威尔凯WKR5000系列软启动器的应用效果。改造后电机启动电流由5-7倍额定值降至2倍以内，水锤效应完全消除，泵站运行稳定性显著提升。结果表明，软启动技术在排涝泵站改造中具

有显著应用价值。

关键词：软启动器；排涝泵站；水锤效应；电机启动
一、研究目的和意义

（一）研究的目的

近年来极端强降雨事件频发，城市内涝防控已成为水利防汛工作的关键任务。部分老旧排涝泵站仍采用直接启动、自耦变压器降压启动等传统方式，存在水锤效应明显、电机过载、启动困难等问题，导致设备故障率增加、管道损坏风险加大，直接影响泵站排涝能力，成为城市防洪体系的薄弱环节。

（二）研究的意义

本次调研从水利防汛角度出发，评估软启动器在改造排涝泵站中的技术适用性及效能，重点分析其对水锤效应的抑制效果、电机及管网的保护作用，以及与智能水位监测系统的适配性，为提升泵站防汛能力提供数据支持。

二、软启动器的发展动态

排涝泵站中应用软启动器始于上世纪90年代末，随着水利防汛体系逐步完善，软启动器技术从工业领域延伸至水利工程领域。
（一）应用现状

当前软启动器在改造排涝泵站中已实现大规模应用，并呈现出明显的场景适配特征：

1、普及程度：

在长江中下游、珠江三角洲、京津冀等重点防汛区域，软启动器的使用率超过70%。例如上海市中心城区的泵站改造项目全部采用智能型软启动器；广东省珠三角地区的村级泵站优先选用经济型软启动器。

2、差异化选型：

小型泵站（功率<55kW）：多采用经济型晶闸管软启动器，以低成本实现抑制电流冲击和水锤保护等基础防汛功能。

大中型泵站（功率>110kW）：多选择变频软启动装置，兼顾平稳启动和调速功能，能够根据水位变化调节水泵流量来适应不同防汛需求。

特殊场景：沿海泵站选用耐腐蚀型软启动器（防护等级IP65以上），地下泵站则采用防爆型软启动器，以满足特殊环境下的运行要求。

（二）未来趋势

随着智慧水利和“双碳”目标的提出，软启动器在泵站改造中的发展将呈现两大趋势：

智慧化升级：

软启动器将与物联网（IoT）技术深度融合，实现实时监测并接入智慧防汛平台，提前预测故障以减少汛期停机风险；同时远程控制功能可支持跨区域泵站统一调度，提升防汛指挥效率。

绿色化发展：

软启动器与高效节能电机、变频调速技术相结合，降低泵站能耗。行业数据显示，采用变频软启动器的泵站能耗可降低15%-20%，符合双碳战略要求。另外部分企业已研发带有能量回收功能的软启动器，进一步提升能源利用效率。

三、调研的基本内容

（一）调研对象

调研对象为无锡市城区北塘联圩下辖的三里桥、高桥、瓦屑坝、新西四座防洪泵站的软启动器改造项目。原泵站采用自耦变压器减压启动方式，存在启动冲击大、水锤效应明显等问题。改造后采用苏州威尔凯WKR5000系列电子软启动器替代传统设备。

该软启动器采用三相反并联晶闸管模块与闭环电子控制电路，通过动态调节晶闸管导通角使电压从0逐步升至额定值，使电机平稳加速，启动电流从原方式的5-7倍额定电流降低至2倍以内。软停止功能逐步降低输出电压，使水泵转速缓慢降至零，管道压力波动幅度从改造前的140%降至60%以下。内置电流与电压传感器实时反馈电机运行状态，动态调整晶闸管导通角，适应汛期频繁启停需求。

设备改造采用"保留+替代"的混合控制方案：保留原自耦启动柜中的运行接触器作为旁路切换装置，电机达到额定转速后软启动器自动闭合旁路接触器，晶闸管模块退出运行以减少热损耗；停机时先断开旁路接触器，再执行软停止操作，避免直接断电引发水锤。软启动器与泵站浮球式水位开关、SCADA系统实现智能联动：水位超警戒阈值时自动启动，回落至安全线时自动软停止，满足汛期无人值守需求。

该软启动器内置水锤抑制算法，可根据管道规格（三里桥、高桥泵站DN1000管道，瓦屑坝、新西泵站DN800管道）设置软停止时间；支持每小时超过10次启停循环，远高于传统自耦方式的3次/小时；配备过载保护（1.2倍额定电流触发报警，1.5倍自动停机）、缺相保护（三相电流不平衡度≥15%时停机）、过热保护（散热器温度超过85℃时停机）及防雷击功能。

（二）市场调研

当前市场上常见的几种软启动器：

雷诺尔JJR1000系列：采用三相反并联晶闸管相控技术，启动电流控制在额定值2-3倍，支持软停止功能。适用于功率55-160kW的中小型泵站，成本低但无调速功能。

汇川MD280系列：基于矢量控制的变频软启动，支持0-50Hz无级调速，可接入泵站自动化系统。适用于110kW以上大型泵站，但成本较高。

苏州威尔凯WKR5000系列：核心架构为三相反并联晶闸管模块与水利专用闭环控制电路，采用PID算法动态调节导通角。该设备采用旁路复用方案，启动完成后旁路接触器自动吸合退出晶闸管运行；与泵站SCADA系统实现智能联动；内置水锤抑制算法、防雷击浪涌保护模块（防护等级IP65），支持每小时≥10次启停循环。

四、形成的数据分析和结论

（一）设备介绍和选择

1.主断路器：浙江正泰NM1-630S/3300

选型依据：泵站主电路需要承载大功率水泵电机的启动电流（额定电流2-3倍）。该断路器额定电流为630A，断流能力为50kA，适用于防洪泵站“大流量、强负荷”的工况，能够保护160kW-250kW水泵电机的主回路。

2.软启动器：苏州威尔凯WKR5000

选型依据：核心架构为三相反并联晶闸管模块与水利专用闭环控制电路，支持软启动与软停止，适合频繁启停的汛期需求；内置水锤抑制算法、防雷击浪涌保护模块，可适应恶劣的户外环境；支持Modbus-RTU通讯，可接入泵站SCADA系统，实现自动水位联动控制。

3.旁路接触器：浙江正泰CJ40-500型

选型依据：启动软启动器后需要切换至旁路运行，该接触器额定电流500A，机械寿命达100万次，适合泵站长期频繁切换的需求。该接触器与原自耦启动柜接触器尺寸兼容，能有效降低改造成本。

4.PLC控制器：罗克韦尔SLC500系列

选型依据：作为控制系统核心，支持泵站自动化联动（如采集水位传感器信号、控制软启动器启停）及后期扩展需求。该PLC支持Modbus通讯协议，可与WKR5000软启动器、泵站监控系统无缝对接，满足智慧水利的运维要求。

（二）接线注意事项

 1.主电路输入端子（L1/L2/L3）

通过NM1-630S主断路器连接三相380V交流电源，无需考虑相序，但应避免主断路器控制软启动器的运行。另外软启动器应在通电后，由控制端子（如端子9“起动”、端子8“停止”）或SCADA系统进行远程控制。

2.软启动输出端子（U/V/W）

输出端按正确相序连接水泵电机（端子U1/V1/W1）。若电机反转，可交换U/V/W任意两相接线。同时电机连接线长度不超过50米，以避免高频电流导致软启动器跳闸；禁止在输出侧连接电容器。

3.旁路连接端子（A2/B2/C2）

必须连接CJ40-500旁路接触器，否则软启动器长期导通可能烧坏晶闸管模块。软启动完成后，旁路接触器自动吸合，确保电机相序与主电路一致，防止电机反转而引发水锤现象。

4.控制端子（端子7-12）

端子7“故障”：连接故障指示灯（HR），软启动器故障时自动点亮；

端子9“起动”/端子8“停止”：连接泵站SCADA系统的启停信号，实现水位自动联动；

端子11/12：连接0-20mA电流互感器，实时监测电机运行电流，用于过载保护。

（三）改造后设备的运行

改造后设备运行效果显著。启动电流由原自耦方式的5-7倍额定值降至2倍以内，电网冲击大幅降低。2025年5月，高桥泵站180kW水泵启动时，电压波动幅度由12%降至4%以下，周边防汛设备供电未受影响。软停止功能通过15至25秒线性降速，管道压力波动由140%降至60%以下，水锤效应基本消除。改造至今，四座泵站未发生管道泄漏或拍门损坏。

设备支持每小时10次以上启停循环。2025年7月台风“竹节草”期间，新西泵站连续24小时每小时启停8次，设备运行稳定，未出现过热或性能衰减。

自动化联动方面，软启动器与浮球式水位开关及SCADA系统实现无缝对接。水位超警戒0.3米时，系统10秒内自动启动；水位回落至安全线时自动软停止。2025年梅雨期强降雨中，三里桥泵站水位1小时内从警戒升至超警戒0.5米，设备自动启停3次，全程无需人工干预。

故障保护方面，2025年6月高桥泵站因进线电源故障触发缺相保护并自动停机，同时通过SCADA系统向运维中心报警，运维人员15分钟内完成排查，避免电机烧毁。

五、总结

以无锡高桥泵站采用的威尔凯WKR5000系列为例，改造后电路布局更加简洁紧凑，安装及维护过程得到大幅简化，日常操作也变得更加轻松高效。该改造推动泵站系统向操作简便、安全可靠的方向发展，符合现代电气自动化控制需求。另外进一步提升运行过程中的平稳性，水锤现象完全消除，也大幅降低维护成本。同时泵站的排涝效率与工作质量得到极大提高，为防洪排涝提供强有力保障。
参考文献：

[1]史杰. 排水泵站软启动器保护可行性技术改进 [J]. 海河水利, 2020, (05): 32-34+40.

[2]苻志强. 软启动器在排水泵站中的应用研究 [J]. 工程技术研究, 2016, (06): 97.

[3]熊耀平. 软启动器在排水泵站运行改造中的应用 [J]. 科技资讯, 2014, (03): 155-156.