薛耀華

（武漢鋼鐵集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司，武漢 430080）

氧氣公司二空壓站改造工程2100kW電動(dòng)機(jī)全電壓直接起動(dòng)的分析和計(jì)算

薛耀華

（武漢鋼鐵集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司，武漢 430080）

本文首先對(duì)高壓鼠籠型電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)的特點(diǎn)及電動(dòng)機(jī)允許全壓起動(dòng)的條件進(jìn)行了分析，結(jié)合武鋼氧氣公司二空壓站改造工程中的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的問題，用電力系統(tǒng)中的短路電流的計(jì)算方法，計(jì)算電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)供配電系統(tǒng)的母線電壓水平，從而用數(shù)據(jù)證實(shí)了武鋼氧氣公司二空壓站兩臺(tái)鼠籠型電動(dòng)機(jī)能夠全電壓直接起動(dòng)，為工程降低了投資、節(jié)約了成本，對(duì)今后設(shè)計(jì)具有一定的推廣價(jià)值。

高壓鼠籠型電動(dòng)機(jī)；起動(dòng)方式；全電壓起動(dòng)；電壓水平

1 引言

高壓鼠籠型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式可分直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)兩種方法。直接起動(dòng)也稱全電壓起動(dòng)。全壓起動(dòng)方式其起動(dòng)所需設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，價(jià)格便宜，起動(dòng)快。特別是緊急備用的情況下，為工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的首要選擇。但是，直接起動(dòng)方式起動(dòng)電流大，鼠籠型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的4～7倍；此外，直接起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械設(shè)備會(huì)受到很大的沖擊，同時(shí)電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)會(huì)引起公用母線上的電壓波動(dòng)，影響接在同一臺(tái)變壓器或同一條供電線路上的其他電氣設(shè)備的正常工作。因此對(duì)于高壓鼠籠型電動(dòng)機(jī)特別是大型電動(dòng)機(jī)采用全壓直接起動(dòng)時(shí)必須考慮其起動(dòng)時(shí)母線電壓水平，以保證其不超過允許值。

2 電動(dòng)機(jī)允許全壓起動(dòng)的條件

電動(dòng)機(jī)允許全壓起動(dòng)的條件為

（1）電動(dòng)機(jī)自身允許全壓起動(dòng)。

（2）生產(chǎn)機(jī)械能承受全壓起動(dòng)時(shí)的沖擊轉(zhuǎn)距。

（3）起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)端子電壓水平應(yīng)滿足允許值。

以上第（1）、（2）條件設(shè)備廠家可根據(jù)制造規(guī)范及用戶要求達(dá)到。

第（3）條件按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)端子電壓波動(dòng)允許值應(yīng)不低于90%；當(dāng)電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí)（每班≤2次），電動(dòng)機(jī)端子電壓波動(dòng)允許值應(yīng)不低于85%。

3 武鋼氧氣公司二空壓站改造工程中電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式分析及計(jì)算

（1）工程概況

武鋼氧氣公司二空壓站原有空壓機(jī)組設(shè)備老化，故障率高，且整體供氣量不能滿足公司發(fā)展需求，為此將原有三臺(tái)空壓機(jī)組更換為兩臺(tái)離心式空壓機(jī)，其相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)為兩臺(tái)2100kW鼠籠型電動(dòng)機(jī)，且其系統(tǒng)供電方式應(yīng)保持不變，本次改造投資約1000萬元，屬氧氣公司該年度重點(diǎn)項(xiàng)目，但在電動(dòng)機(jī)能否全壓直接起動(dòng)問題上存在著重大分歧。

按照常規(guī)保守做法，對(duì)于2100kW鼠籠型電動(dòng)機(jī)，一般采用變壓器－電動(dòng)機(jī)組起動(dòng)、電抗器降壓起動(dòng)或軟起動(dòng)器降壓起動(dòng)等起動(dòng)方式，但變壓器－電動(dòng)機(jī)組起動(dòng)、電抗器降壓起動(dòng)存在設(shè)備占地面積大，維護(hù)較困難的問題；而軟起動(dòng)器降壓起動(dòng)方式存在設(shè)備價(jià)格昂貴（特別是采用進(jìn)口軟起動(dòng)設(shè)備），為此我們提出了電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)的設(shè)想，但主管部門考慮到電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)可能會(huì)引起公用母線上比較大的電壓波動(dòng)，從而影響同一母線上的其他用電設(shè)備的正常工作，對(duì)電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)有較大疑慮。

為此要想實(shí)現(xiàn)全壓起動(dòng)必須考慮電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)母線電壓水平，以保證其不超過允許值。

計(jì)算電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)母線電壓水平的方法如下：

如用預(yù)估算的方法，比如按電源的容量允許全電壓直接起動(dòng)的鼠籠型電動(dòng)機(jī)最大功率估算（由變壓器供電的電動(dòng)機(jī)，其容量應(yīng)不大于變壓器容量的20%）等不能比較直觀、準(zhǔn)確地判定電動(dòng)機(jī)是否能全壓直接起動(dòng)。

如用電力系統(tǒng)中的短路電流的計(jì)算方法，并根據(jù)電動(dòng)機(jī)允許全壓起動(dòng)的條件，計(jì)算電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)供配電系統(tǒng)的母線電壓水平，是最直觀、準(zhǔn)確的方法。

本次設(shè)計(jì)采用后者。

以下是整個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算過程。

（2）計(jì)算用有關(guān)參數(shù)

1）武鋼一總降參數(shù)

青山電廠110kV母線短路容量：

Smax=5291.0MVA；Smin=2398.08MVA

青112、青118線路：LGJ-240 3000m

一總降2#及3#主變壓器參數(shù)

2#主變壓器

額定電壓比：110kV/10.5kV；

額定容量：50000kVA；

阻抗電壓：10.1%；

聯(lián)結(jié)組別：Y/△-11。

3#主變壓器

額定電壓比：110kV/10.5kV；

額定容量：40500lVA；

阻抗電壓：10.81%；

聯(lián)結(jié)組別：Y/△-11。

2）氧氣公司二空壓站更新空壓機(jī)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)（兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)參數(shù)一致）

額定功率：2100kW；額定電壓：10kV；額定電流：0.141kA；功率因數(shù)：0.894；起動(dòng)電流/額定電流：6。

3）一總降至氧氣公司二空壓站線路參數(shù)：

電纜型號(hào)：YJV-10kV -1(3×185)

長(zhǎng)度：約400m

（3）計(jì)算電路圖及等值阻抗圖

（4）母線短路容量Sbs計(jì)算

采用標(biāo)么值計(jì)算法，并考慮由無限容量系統(tǒng)供電。

1）對(duì)于青112，110kV電源

其中電流量單位為kA，電壓量單位為kV，短路容量單位為MVA，線路長(zhǎng)度單位為km。

系統(tǒng)電抗標(biāo)么值：

其中電流量單位為kA，電壓量單位為kV，短路容量單位為MVA，線路長(zhǎng)度單位為km。

系統(tǒng)電抗標(biāo)么值：

其中，Sbs取最小值；usb＞0.9（電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)時(shí)電壓波動(dòng)允許值）。

2）對(duì)于青118，110kV電源

其中，Sbs取最小值；usb＞0.9（電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)時(shí)電壓波動(dòng)允許值）。

（6）計(jì)算結(jié)論

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，電壓水平usb在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許值范圍內(nèi)。依此判定武鋼氧氣公司二空壓站兩臺(tái)鼠籠型電動(dòng)機(jī)能夠全壓直接起動(dòng)。

4 結(jié)論

本次設(shè)計(jì)承擔(dān)了一定的風(fēng)險(xiǎn)，嘗試著向常規(guī)思維、保守設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。通過對(duì)電動(dòng)機(jī)的全電壓直接起動(dòng)的計(jì)算，對(duì)全系統(tǒng)有一個(gè)非常清晰的認(rèn)識(shí)，從而用直觀的計(jì)算數(shù)據(jù)論證了武鋼氧氣公司二空壓站兩臺(tái)鼠籠型電動(dòng)機(jī)能夠全電壓直接起動(dòng)。并以此指導(dǎo)該工程設(shè)備選型等設(shè)計(jì)。

現(xiàn)在，氧氣公司二空壓站兩臺(tái)鼠籠型電動(dòng)機(jī)已投入運(yùn)行，且運(yùn)行效果良好。用實(shí)踐證實(shí)了計(jì)算的正確性。本次設(shè)計(jì)為用戶節(jié)約了近百萬元投資，受到了用戶的好評(píng)及主管部門的肯定，在今后的設(shè)計(jì)中具有一定的指導(dǎo)及推廣價(jià)值。

[1] 鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:冶金工業(yè)出版社,1996.1.