大型異步電動機(jī)啟動壓降的計(jì)算設(shè)計(jì)研究

高振魁

摘 要 異步電動機(jī)是生產(chǎn)企業(yè)重要的設(shè)備，其是否正常運(yùn)行以及精確的做到升降直接影響到企業(yè)的正常生產(chǎn)，因此對異步電動機(jī)啟動壓降的計(jì)算顯得很有必要。異步發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于裝備投資費(fèi)用、維護(hù)以及運(yùn)行費(fèi)用都比較低，同時(shí)穩(wěn)定性、可靠性都比較高，因此在生產(chǎn)中被廣泛使用。文章主要以特鋼廠為例講述大型異步發(fā)電機(jī)的啟動計(jì)算，采用不同方法來計(jì)算理論值，并與實(shí)測值進(jìn)行比較得出最佳的計(jì)算方法，希望能為工作人員帶來一些幫助。

關(guān)鍵詞 異步發(fā)電機(jī)；啟動升降；計(jì)算方法

中圖分類號：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）02-0037-01

大型異步發(fā)電機(jī)作為強(qiáng)大的電動機(jī)械設(shè)備，是電力轉(zhuǎn)化為電能的中樞系統(tǒng)，在啟動時(shí)由于電流的沖擊產(chǎn)生大幅度的沖擊負(fù)荷，使得整個(gè)供電系統(tǒng)的電壓產(chǎn)生大幅度波動，影響供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至還會發(fā)生人身傷亡事件。因此有必要計(jì)算啟動升降產(chǎn)生的電壓波動，選取相適應(yīng)的變壓器以及啟動方式，保證供電系統(tǒng)正常運(yùn)行。本文針對某特鋼廠制氧車間大型異步電動機(jī)的啟動過程，采用3種不同的電動機(jī)啟動計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。

1 特鋼廠異步發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)概述

本文所選鋼廠為國家級大型鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，是碳鋼和不銹鋼的生產(chǎn)基地，年產(chǎn)鋼總量為500萬噸，該鋼廠的制氧車間供電系統(tǒng)是35 kV電源，電源額定有功功率PJ=3415.3 kW，無功功率Qj=1519.4 Kvar，自然功率因數(shù)cosΦ=0.91。有兩個(gè)異步發(fā)電機(jī)最大功率為2500 kW，其中一個(gè)作為備用設(shè)備，為了不影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，能夠保證一臺發(fā)電機(jī)在連續(xù)工作的情況下，可以啟動另外一臺發(fā)電機(jī)替換使用，鋼廠供電變壓器暫定為6300 kVA。該鋼廠的供電系統(tǒng)最小運(yùn)行時(shí)，變壓器一次短路容量Sdx=322.4766 MVA，二次短路容量Sbs=66.6400 MVA，鋼廠異步發(fā)電機(jī)是YKZ-2500系列，Ue=6KV，Ie=0.276 kA，轉(zhuǎn)速2985 r/min，Ks=5.5，有用功率96%。變壓器與電動機(jī)線路長100m，線路橫截面積3×150 mm2，電動機(jī)啟動時(shí)正常情況下，Qj=570.44 Kvar，PJ=1590.3 kW，變壓器負(fù)荷率為60%，基準(zhǔn)容量SJ=100 MVA。

2 異步電動機(jī)啟動升降的計(jì)算

2.1 啟動時(shí)波動電壓計(jì)算

變壓器參數(shù)Sbe=6.3 MVA，Ud%=7.5%，三相短路容量Sbs=66.64 MVA，Xo=0.08 Ω/km，XL=（Xo+5/S）L=（0.08+5/150）×0.1=0.011 Ω，額定容量SNm=√3UeIe=6×√3×0.276=2.868 MVA。啟動后，系統(tǒng)回路啟動容量SSm=Ks·SNm=15.774 MVA，無功功率QIX=0.6（Sbe-0.7SNm）=2.575 MVA。輸出容量Ss=1/[1/SSm+XL/U2N]=15.699 MVA，母線處電壓U2=（Sbs+QIX）/（Sbs+QIX+SS）=0.815，電機(jī)接線處電壓U3=U2·SS/SSm=0.811，啟動電流，克服轉(zhuǎn)矩作序最小電壓=0.605，此時(shí)U3大于Uqd能夠成功克服機(jī)械靜阻轉(zhuǎn)矩啟動。根據(jù)以上計(jì)算，如電動機(jī)啟動升降系統(tǒng)不經(jīng)常啟動，那么電壓相當(dāng)隨之要求高于85%，電動機(jī)雖然能夠成功克服機(jī)械靜阻轉(zhuǎn)矩啟動，但是由于母線電壓較低，不宜對異步電動機(jī)啟動升降進(jìn)行直接啟動的方式。

2.2 簡化計(jì)算法

系統(tǒng)元件電流X*xt=Sj/6300 kVA，變壓器電抗X*b=Ud%·Sf/100Sbe=53.6704，負(fù)荷電抗X*fh=Z*fh·sinФ=18.3016，線路電抗X*l=Xxl·L·SL/2Uj2=0.0101，電動機(jī)電抗X*d=SjUe2/SqdUj2=5.5095，電動機(jī)啟動容量Sqd=PPKs×10-3/0.96cosФ=16.4631。系統(tǒng)啟動母線cosФ=0.94，sinΦ=0.341變壓器滿載運(yùn)動時(shí)，變壓器阻抗X*eb=X*b·Sbe/Sj=0.0753。并聯(lián)電路阻抗X*l=X*Xl+X*d=5.5196，X*2=XXL/X*fh=4.2407，X*3=X*Xf+X*h=1.5006，電動機(jī)轉(zhuǎn)子處電壓U*3=U*2·X*d/X*l=5.7413。啟動后電動機(jī)轉(zhuǎn)子處電壓U*3=0.7611×6.3×100%/6=79.92%。

2.3 采用阻抗導(dǎo)納法進(jìn)行計(jì)算

全壓啟動時(shí)系統(tǒng)阻抗Z*xl=X*xl=0.3101，變壓器阻抗Z*b=X*b=1.1905，負(fù)荷阻抗Xfh=Zfh·sinФ=18.3016，線路阻抗X*xL=Xxl·LSj/2Uj2=0.0101，電動機(jī)阻抗R*qd=Z*qdcosФqd=1.5?151，串聯(lián)電路阻抗X*1=X*x1+X*qd=5.3072。并聯(lián)電路電動機(jī)支路導(dǎo)納電納B*1=X*1/Z2*1=0.1740，負(fù)荷支路電納B*fh=X*fh/Z2*fh=0.0064，并聯(lián)電路電納X*2=B*2/Y2*2=4.8582。母線電壓U*2=U*1·Z*2/Z*4=0.8086電動機(jī)端子電壓U*3=U*2·Z*2/Z*I=0.8066，電動機(jī)接線端電壓U3=U*3Uj/Ue×100%=84.693%。

3 計(jì)算值與測量值的比較

上文不同方法得到的母線電壓相對值%分別是81.7、80.06、84.90，發(fā)電機(jī)端電壓百分比%分別是76、79.92、84.69，三種計(jì)算方法都能夠客服電動機(jī)機(jī)械靜阻轉(zhuǎn)矩啟動，其中電壓波動計(jì)算方法與簡化計(jì)算方法都不能采取直接啟動的方式，阻抗導(dǎo)納法可以采取直接啟動。實(shí)際啟動時(shí)考慮到電壓表的測量誤差，采取瞬間測量值作為母線電壓的下降值，所得母線電壓相對值U2=（4.8+5.4）/8=85%，阻抗導(dǎo)納法所得結(jié)果84.6%最接近測量值。電壓波動計(jì)算與簡化計(jì)算法均忽略供電系統(tǒng)電阻的影響，得出的數(shù)值都偏低。在計(jì)算中可以看出，發(fā)電機(jī)啟動之前減小預(yù)接負(fù)荷，有利于電動機(jī)的啟動。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文以特鋼廠為例，使用了3種不同的計(jì)算方法來計(jì)算異步發(fā)電機(jī)啟動升降時(shí)的電壓。電壓波動計(jì)算法和簡化計(jì)算法在計(jì)算過程中，忽略了供電系統(tǒng)中的電阻值，這樣做

可簡化計(jì)算過程，但會造成計(jì)算值比實(shí)際值偏小。詳細(xì)阻抗導(dǎo)納法在計(jì)算過程中計(jì)入電阻和電抗2個(gè)部分，雖然使計(jì)算過程相對復(fù)雜，但其理論計(jì)算值與實(shí)際情況較接近，因此，前2種簡化計(jì)算法可用作粗略估算，而詳細(xì)阻抗導(dǎo)納計(jì)算將是決定電動機(jī)供電系統(tǒng)是否正確、合理的論證關(guān)鍵。因此，采用詳細(xì)阻抗導(dǎo)納計(jì)算法，對正確、合理地選擇和論證大型異步電動機(jī)的啟動方式和供電變壓器容量具有很重要的意義。

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