新型啟動技術(shù)在電拖式壓縮機組上的應(yīng)用

安春江

（唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305）

2012年由于公司生產(chǎn)的需要決定安裝一臺電拖式空氣壓縮機用于純堿生產(chǎn)，經(jīng)測算在保證生產(chǎn)工藝參數(shù)要求的條件下，應(yīng)采用2 500kW異步電動機作為壓縮機的動力源；針對我公司電網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)，選擇運行額定電壓為6kV的電動機。由于我集團電力系統(tǒng)為自備電廠供電的小型電網(wǎng)系統(tǒng)，容量較小，我公司乃至全集團都沒有使用過如此大容量的電動機，直接啟動這么大容量的電動機必將對系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊而造成整個電網(wǎng)電壓的波動，那么如何順利啟動電動機來滿足生產(chǎn)的需要成為該項目的主要解決的問題。

1 異步電動機啟動特點

眾所周知普通異步電動機啟動電流將達到額定電流的5～7倍，而啟動轉(zhuǎn)矩只有額定轉(zhuǎn)矩的0.4～1.6倍。它在電網(wǎng)條件（電機啟動時的電網(wǎng)壓降小于10%）和工藝條件（啟動轉(zhuǎn)矩滿足）允許的情況下，可以直接啟動。但對于大容量電動機來說當(dāng)電機啟動電流達到額定電流的6～7倍時，線圈發(fā)熱量是電機在正常運行時的36～49倍，產(chǎn)生的電磁力同樣達到了36～49倍。過高的溫度、過快的加熱速度、過大的溫度梯度和電磁力，產(chǎn)生了極大的破壞力，縮短了定子線圈和轉(zhuǎn)子銅條（特別是轉(zhuǎn)子常利用趨膚效應(yīng)現(xiàn)象，降低啟動電流，轉(zhuǎn)子銅條在啟動時，表面的溫度達到350℃以上）的使用壽命，同時啟動過程中需要從電網(wǎng)吸取大量無功來建立旋轉(zhuǎn)磁場造成啟動損耗過大，給電機和電網(wǎng)都將造成極大的危害。

2 設(shè)計方案的制定

2.1 供電方案的制定

公司用電來自于熱電分公司，熱電分公司的電源分別進入股份公司生產(chǎn)裝置變電所、輔助裝置變電所、第四變電所、固定銨變電所，供電采用放射式供電方式向各用電設(shè)備供電（如圖1所示）。由圖1不難看出3＃發(fā)電機容量為30MW，又比較各6kV母線段的負(fù)荷情況，也只有3＃發(fā)電機母線所供電的固定銨變電所6kV I段負(fù)荷量較低，具備為壓縮機電動機供電的條件（如圖2所示）。

圖1 供電系統(tǒng)簡圖

圖2 固定銨變電所Ⅰ段系統(tǒng)圖

2.2 啟動方式的選擇

較早的高壓降壓起動中，我國采用電抗器降壓起動居多，傳統(tǒng)的電抗器存在阻抗不可調(diào)，起動特性不好，功率因數(shù)低等缺點，目前國內(nèi)已很少使用。而大容量高壓變頻技術(shù)國內(nèi)成熟產(chǎn)品很少，應(yīng)用并不廣泛，關(guān)鍵設(shè)備依然依賴于進口設(shè)備，然而高昂的購置費用和維護成本又是用戶的很大負(fù)擔(dān)，因此國內(nèi)更多的是使用晶閘管串聯(lián)式軟啟動器，但由于晶閘管耐壓等級所限只能采用數(shù)個晶閘管串聯(lián)來降低每個晶閘管的壓降，然而如晶閘管組內(nèi)有一只元件存在薄弱因素將導(dǎo)致整個軟起的故障。磁控式軟啟動器正是在以上的基礎(chǔ)上進行改良產(chǎn)品，通過在電抗器中加入控制繞組，利用電、磁控制技術(shù)，外部自動控制單元調(diào)整控制繞組中電流的大小，控制磁導(dǎo)率來調(diào)節(jié)電壓的手段，改變勵磁實現(xiàn)電動機軟起動。起動過程中，電抗器兩端的電壓（電流）根據(jù)起動電流自動調(diào)整，由大變小無級變化，使電動機端電壓平滑上升至額定值。磁控理論上可以調(diào)速，但是實際應(yīng)用反映在起動過程上，當(dāng)達到最優(yōu)化起動后，起動電流是不進行調(diào)整的，因此是一種限電流軟啟動模式，其可靠性較高，故障率低，因此我們選擇磁控式軟啟動器作為電動機的啟動設(shè)備。

然而電動機定子串入電抗器的啟動模式加大了感性無功的需求，造成啟動中需從電網(wǎng)中吸取大量的無功來保證電機的旋轉(zhuǎn)磁場的建立，造成發(fā)電機發(fā)出大量的無功以保證啟動的需要，造成電網(wǎng)電壓下降功率因數(shù)降低，系統(tǒng)損耗加大，為解決這個問題我們引入就地容性無功補償配合磁控式軟啟動器啟動電動機的控制方式，不但彌補電動機及電抗器的感性無功缺額，而且提高啟動時系統(tǒng)電壓降低啟動電流。啟動一次方案圖如圖3所示。

圖3 啟動一次方案圖

2.3 工作原理

整個啟動裝置包括電源部分、軟啟動部分、旁路運行部分，啟動補償部分、運行補償部分和控制系統(tǒng)組成。電動機啟動前將電源斷路器6101合上，現(xiàn)場啟動電動機控制按鈕，KM1真空接觸器閉合，同時KM3、KM4閉合，磁控式軟起動器開始工作，自動以限流模式啟動電動機，同時就地?zé)o功補償裝置全部投入，當(dāng)電動機達到額定轉(zhuǎn)速時軟啟動器控制KM2閉合，同時KM1、KM4斷開，切除軟啟動器和啟動補償裝置，電動機由旁路接觸器KM2保持正常工作狀態(tài)，同時通過運行補償裝置為電動機提供無功補償。

當(dāng)啟動過程出現(xiàn)問題可從現(xiàn)場直接按下停車按鈕，分?jǐn)郖M1真空接觸器，當(dāng)正常運行狀態(tài)需停車時也同樣按下停止按鈕分?jǐn)郖M2旁路接觸器來完成停車操作。

3 應(yīng)用效果

表1 電機啟動實測值

表1為壓縮機帶負(fù)載試車時的實際記錄數(shù)據(jù)，單純采用磁控式軟起動器啟動時，系統(tǒng)電壓降低0.9kV，已超過系統(tǒng)電壓波動不超過±10%的國家標(biāo)準(zhǔn)，因此必須加入無功補償來保證電能質(zhì)量的要求。無功補償裝置投入啟動運行后，啟動時無功補償裝置1500kvar的容性無功全部投入以補償電動機和電抗器的感性無功，啟動時電壓降低0.4kV，滿足電能質(zhì)量的要求，同時壓縮機啟動電流降低140A，運行電流降低20A，功率因數(shù)提高到0.96。

由此可見，此啟動方式不但能夠可靠順利的啟動大容量電動機，而且優(yōu)化了電能質(zhì)量，保證了電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定，尤其在有限小容量電網(wǎng)中起到了良好的使用效果，并且由于啟動、運行電流的降低，功率因數(shù)的提高降低了線路損耗，節(jié)約了能源，是一舉多得的新型電機啟動運行模式。