低密度乙烯裝置大型電動機(jī)啟動方案的研究和確定

夏季榮

（中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司，北京市東城區(qū)，100011）

1 概述

神華陜西甲醇下游加工項(xiàng)目中的30 萬t／a高壓低密度聚乙烯 （LDPE）裝置，是目前國內(nèi)該產(chǎn)品單套生產(chǎn)能力最大的生產(chǎn)裝置，也是該項(xiàng)目的重要工藝生產(chǎn)裝置。通過一次壓縮機(jī)和二次壓縮機(jī)兩級壓縮，達(dá)到該裝置生產(chǎn)所需壓力300MPa。二次壓縮機(jī)為低轉(zhuǎn)速 （200r／min）重載啟動，如果采用蒸汽透平驅(qū)動，則需要增加減速箱，并且透平機(jī)體積大，投資費(fèi)用比采用電機(jī)驅(qū)動高。經(jīng)經(jīng)濟(jì)比選，確定二次壓縮機(jī)采用電機(jī)驅(qū)動。由于同步電動機(jī)具有運(yùn)行速度恒定、功率因數(shù)可調(diào)、運(yùn)行效率高等特點(diǎn)，因此是驅(qū)動大型壓縮機(jī)的首選機(jī)型。一次壓縮機(jī)主電機(jī)容量為6.5 MW、二次壓縮機(jī)主電機(jī)容量為27 MW，一次、二次壓縮機(jī)的主電動機(jī)均選用正壓通風(fēng)型同步電動機(jī)。二次壓縮機(jī)在煤化工裝置中屬于特大型用電機(jī)組，其啟動方案的確定，直接關(guān)系整個(gè)裝置的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及全廠供電方案的確定。如何在既滿足上級電源電網(wǎng)的技術(shù)要求，又同時(shí)具備良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，確定大型用電機(jī)組的啟動控制方案，是解決該問題的關(guān)鍵。

根據(jù)目前專利商提供的LDPE 裝置用電負(fù)荷，二次壓縮機(jī)電機(jī)容量約為27MW，一次壓縮機(jī)電機(jī)容量約為6.5MW。初步確定LDPE 裝置的供電方案如下：

方案 一：如 圖1 所 示，110 kV／10.5 kV、50MV·A，35kV／10.5kV、12.5MV·A 變壓器安裝在LDPE裝置變電所內(nèi)。

方案二：如圖2 所示，110kV／10.5kV、50 MV·A 或63MV·A 變壓器安裝在LDPE裝置變電所內(nèi)。

對一次、二次壓縮機(jī)機(jī)組啟動控制方案的確定，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

2 同步電動機(jī)啟動方式分析

2.1 啟動方式的種類

根據(jù)初步確定的供電方案，6.5 MW、27 MW同步電動機(jī)的啟動方式有以下3種：

①異步啟動法，包括全壓直接啟動 （變壓器—電動機(jī)組）、自耦變壓器啟動；②軟啟動 （變頻啟動）；③輔助電動機(jī)啟動。

2.2 不同啟動方式的特點(diǎn)分析

在同步電動機(jī)的凸極轉(zhuǎn)子裝籠形啟動繞組，可采用異步啟動法啟動，即啟動時(shí)在定子上加入三相對稱電壓，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，待轉(zhuǎn)速到準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速 （n=0.95no）時(shí)，再在勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，使轉(zhuǎn)子建立磁場。在定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的相互作用下，將轉(zhuǎn)子拉入同步，即異步啟動和牽入同步兩個(gè)階段。

圖1 一次、二次壓縮機(jī)主接線圖 （方案一）

圖2 一次、二次壓縮機(jī)主接線圖 （方案二）

（1）全壓直接啟動 （變壓器—電動機(jī)組）。由于大電機(jī)全壓直接啟動的電流較大，通常會達(dá)到額定電流的4～7倍，帶來一系列問題：引起電網(wǎng)電壓波動，影響同電網(wǎng)其他設(shè)備的運(yùn)行；啟動電流中含有大量的高次諧波，會與電網(wǎng)電路參數(shù)引起高頻諧振，造成繼電保護(hù)誤動作，自動控制失靈等故障；傷害電動機(jī)絕緣，降低電動機(jī)壽命；損害機(jī)械設(shè)備，降低機(jī)械設(shè)備使用壽命。

（2）自耦變壓器啟動。自耦變壓器是輸出和輸入共用一組線圈的特殊變壓器，升壓和降壓用不同的抽頭來實(shí)現(xiàn)。自耦變壓器在電動機(jī)的啟動過程中限制了啟動電流。當(dāng)電動機(jī)啟動到 “準(zhǔn)同步”時(shí)，系統(tǒng)適時(shí)把自耦變壓器從主回路中切除，而通入適當(dāng)?shù)膭?lì)磁電流，轉(zhuǎn)子磁極隨即建立起不變的極性。此時(shí)，轉(zhuǎn)子將在同步轉(zhuǎn)速附近作周期性振蕩，經(jīng)過幾個(gè)衰減振蕩之后被牽入同步，完成啟動過程。電機(jī)一旦進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)后，自耦變壓器就不能再投入，否則將影響電動機(jī)的正常運(yùn)行。自耦變壓器啟動方案中的接線：其高壓側(cè)接電網(wǎng)，低壓側(cè)接電動機(jī)。可以按允許的啟動電流和所需的啟動轉(zhuǎn)矩，來選擇自耦變壓器的不同抽頭，實(shí)現(xiàn)降壓啟動。無論電動機(jī)的定子繞組采用Y 或Δ 接法，都可以使用自耦變壓器啟動。采用自耦變壓器啟動的主要優(yōu)點(diǎn)：可減小電網(wǎng)電流，減小線路壓降；可以直接人工操作控制，也可以用交流接觸器自動控制；自耦變壓器一次投資少；運(yùn)行維護(hù)成本低，技術(shù)成熟可靠。

（3）軟啟動方式 （變頻啟動）。變頻啟動是改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，利用氣隙磁場和轉(zhuǎn)子磁極間的同步轉(zhuǎn)矩來啟動。先在轉(zhuǎn)子中加入勵(lì)磁電流，利用變頻器，逐步提高定子兩端的電源頻率，使轉(zhuǎn)子磁極在開始啟動時(shí)就與旋轉(zhuǎn)磁場建立起穩(wěn)定的磁拉力。根據(jù)目前石油化工、鋼鐵冶金等行業(yè)變頻啟動的使用情況，大容量同步電動機(jī)的變頻啟動方式主要有LCI軟啟動和變頻軟啟動等。

LCI（Load Commutated Inverter）軟 啟 動 是大容量同步機(jī)使用的產(chǎn)品。該產(chǎn)品最早由ABB 公司開發(fā)，可用在超大容量同步電機(jī)啟動。目前，LCI標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)可達(dá)72 MW，專門設(shè)計(jì)可達(dá)100 MW 及以上。LCI是由整流器、變頻器、逆變器組成，LCI具有許多獨(dú)特的特性，如晶閘管串聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)電壓及功率的可擴(kuò)展性，并實(shí)現(xiàn)N+1的晶閘管冗余配置；無熔斷器設(shè)計(jì)，可提高可靠性；無編碼器控制，用于實(shí)現(xiàn)更高的可用性以及更低的維護(hù)成本；電網(wǎng)電壓失電跨越，在較短的電壓突降情況下，可保持過程不中斷。在國外其他LDPE 項(xiàng)目的二次壓縮機(jī)電動機(jī)上LCI也有所使用。盡管LCI的造價(jià)比高壓變頻器低，但還是比自耦變壓器高得多。

（4）輔助電動機(jī)啟動。輔助電動機(jī)啟動選用與同步電動機(jī)具有相同級數(shù)的小型異步電動機(jī)，拖動同步電動機(jī)接近同步轉(zhuǎn)速，再將同步電動機(jī)接入電網(wǎng)，并通以勵(lì)磁電流，將同步電動機(jī)牽入同步轉(zhuǎn)速。輔助電動機(jī)啟動的缺點(diǎn)是只能用于空載啟動的同步電動機(jī)，在大容量的同步電動機(jī)帶負(fù)載時(shí)不經(jīng)濟(jì)。由于該項(xiàng)目一次、二次壓縮機(jī)為重載啟動，因此一次、二次壓縮機(jī)不建議采用輔助電動機(jī)啟動。

一次、二次壓縮機(jī)采用哪種啟動方式，具體根據(jù)電網(wǎng)容量、電網(wǎng)允許電壓波動，以及被驅(qū)動設(shè)備啟動要求等，進(jìn)行計(jì)算和分析后確定。

盡管大容量同步電動機(jī)有多種降壓啟動方式，但目前國內(nèi)20 MW 以上大容量電動機(jī)多采用自耦變壓器啟動，而LCI軟啟動因其一次投資大、運(yùn)行維護(hù)成本高，并且受調(diào)試人員短缺的限制，通常不被采用。

3 一次、二次壓縮機(jī)啟動計(jì)算

3.1 不同啟動方式需要滿足的條件

3.1.1 全壓直接啟動及自耦變壓器啟動

機(jī)組啟動時(shí)，首先需要滿足電源電網(wǎng)電壓質(zhì)量要求，即110kV、35kV 變壓器一次側(cè)母線壓降不應(yīng)大于5%；配電母線上接有照明或其他對電壓波動較敏感的負(fù)荷，電動機(jī)不頻繁啟動時(shí)，不宜低于額定電壓的85%。配電母線上未接照明或其他對電壓波動較敏感的負(fù)荷，且電動機(jī)不頻繁啟動時(shí)，不應(yīng)低于額定電壓的80%。配電母線上未接其他用電設(shè)備時(shí)，可按保證電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩的條件決定。但自耦變壓器啟動的機(jī)端電壓較低，一般為70%～75%，即自耦變壓器上有10%～15%的壓降。因?yàn)殡妱訖C(jī)端電壓較低，啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩小，所以啟動時(shí)間較長。

3.1.2 軟啟動

對電網(wǎng)短路容量幾乎沒有要求，只要滿足正常供電電壓要求即可。當(dāng)不能滿足全壓直接啟動及自耦變壓器降壓啟動要求時(shí)，可考慮采用軟啟動。

3.2 該項(xiàng)目電網(wǎng)條件及壓縮機(jī)參數(shù)

總變110kV 母線：最小運(yùn)行方式下，短路電流I′min=9.03kA；總變35kV 母線：最小運(yùn)行方式下，短路電流I′min=8.56kA。

一次壓縮機(jī)參數(shù)如下：

額定功率：6500kW；功率因數(shù)：0.98；電動機(jī)類型：同步電動機(jī)；速度：375r／min；S=1時(shí)，啟動轉(zhuǎn)矩T／Tn＞0.48；啟動電流：1350A；額定電壓：10kV；頻率：50Hz；電機(jī)極數(shù)：16P；超速：450r／min；S=0.05時(shí)，T／Tn＞0.5；啟動時(shí)間：30 min；額定電流：392 A；效率：97.7%；防護(hù)等級：IP55；T／Tn：1.67；加速時(shí)間：7s。

35 kV 電纜參數(shù)：三芯185 mm2，電抗0.1199Ω／km，L=900m。

35kV／10kV 電力變壓器：容量12.5MV·A，阻抗電壓百分值Ud=8%。

從12.5 MV·A 變壓器到電動機(jī)10kV 電纜：L=300m，2根3×120mm2，感抗0.095Ω／km。

二次壓縮機(jī)參數(shù)如下：

額定功率：27000kW；功率因數(shù)：0.98；電動機(jī)類型：同步電動機(jī)；速度：200r／min；S=1時(shí)，T／Tn＞1.01；啟動電流：6510A；額定電壓：10kV；頻率：50 Hz；電機(jī)極數(shù)：30P；超速：240r／min；S=0.05 時(shí)，T／Tn＞0.4；啟動時(shí)間：30 min； 額 定 電 流：1619 A； 效 率：98.3%；防護(hù)等級IP55；T／Tn1.78；加速時(shí)間12s。

110kV 電纜，從110kV 母線到110kV／10 kV 變壓器，L=0.9km，3 根1×240 mm2；電容：132pF／m；電感：0.756 mH／km；導(dǎo)體直流電阻 （在20℃時(shí)）0.0754Ω／km。

110kV／10kV 電力變壓器：容量50MV·A，阻抗電壓百分值Ud=10.5%。

10kV 電纜：從110kV／10kV 變壓器到電動機(jī)，L=300m，3×3 （1×240mm2），感抗0.087 Ω／km。

圖3 一次壓縮機(jī)全壓啟動接線圖

一次、二次壓縮機(jī)成套設(shè)備供貨商提供的同步電機(jī)啟動電流倍數(shù)為4，但由于制造的原因，電動機(jī)的啟動電流倍數(shù)可以有20%的誤差，因此可按啟動電流倍數(shù)4、4.8分別進(jìn)行計(jì)算。

3.3 采用變壓器-電動機(jī)組全壓啟動電壓水平計(jì)算 （方案一）

一次壓縮機(jī)全壓啟動接線如圖3所示。

3.3.1 6.5 MW 一次壓縮機(jī)啟動計(jì)算

（1）采用啟動容量法計(jì)算。

電動機(jī)額定容量：

電動機(jī)額定啟動容量：

線路電抗：

35kV 母線短路容量：

啟動回路的額定輸入容量：

電壓水平相對值：Q1X忽略。

電動機(jī)啟動時(shí)，母線電壓 （35kV）相對值：

電動機(jī)啟動時(shí)，端子電壓相對值：

電動機(jī)啟動時(shí)，啟動回路的輸入電流：

電動機(jī)的啟動電流：

啟動設(shè)備的過負(fù)荷能力：

（2）采用阻抗標(biāo)幺值法計(jì)算。

電動機(jī)啟動時(shí)，35kV 母線壓降相對值：

電動機(jī)啟動時(shí)，10kV 母線壓降相對值：

電動機(jī)啟動時(shí)，機(jī)端壓降相對值：

一次壓縮機(jī)各種啟動電流倍數(shù)、電壓降計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 一次壓縮機(jī)各種啟動電流倍數(shù)、電壓降計(jì)算結(jié)果

（3）一次壓縮機(jī)啟動時(shí)，滿足生產(chǎn)機(jī)械要求啟動轉(zhuǎn)矩的校驗(yàn)。

為了保證一次壓縮機(jī)能順利啟動和啟動過程中電動機(jī)不致過熱，需滿足：

式中：TMmin——電機(jī)的最小啟動轉(zhuǎn)矩，N·m；

TLmax——電機(jī)啟動過程中，可能出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，N·m；

Ks——保證啟動時(shí)有足夠加速轉(zhuǎn)矩系數(shù)，取Ks=1.15；

Ku2——啟動時(shí)電動機(jī)端電壓與額定電壓之比。

圖4 一次壓縮機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩及負(fù)載轉(zhuǎn)矩曲線

圖4為一次壓縮機(jī)采用變壓器-電動機(jī)組全壓直接啟動時(shí) （啟動電流倍數(shù)4），啟動轉(zhuǎn)矩及負(fù)載轉(zhuǎn)矩曲線。曲線2從啟動開始到啟動結(jié)束都位于曲線3之上，并且在啟動過程中電動機(jī)的最小啟動轉(zhuǎn)矩大于0.52Tn，滿足啟動要求。S=1時(shí)，啟動轉(zhuǎn)矩F=0.52Tn；S=0.05時(shí)，牽入轉(zhuǎn)矩T=0.58Tn。

（4）一次壓縮機(jī)采用無刷勵(lì)磁型式時(shí)的運(yùn)行參數(shù)。

無刷勵(lì)磁是一個(gè)安裝在驅(qū)動軸上的獨(dú)立電流發(fā)生器，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子為凸極型，勵(lì)磁電流由與轉(zhuǎn)子同軸的勵(lì)磁發(fā)生器供給。用速度傳感器控制勵(lì)磁電流投入的時(shí)間，當(dāng)速度達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的95%時(shí)，啟動電流小于1.2In時(shí)，自動投入勵(lì)磁電流。額定負(fù)載時(shí)，電動機(jī)勵(lì)磁電流174.8 A、勵(lì)磁電壓181.2V，勵(lì)磁設(shè)備的勵(lì)磁電流6 A、勵(lì)磁電壓64V。加速時(shí)間為7 s， 啟動全過程時(shí)間為30min。

3.3.2 27 MW 二次壓縮機(jī)啟動計(jì)算

（1）采用阻抗標(biāo)幺值法計(jì)算

電動機(jī)啟動時(shí)，110kV 母線壓降相對值：

電動機(jī)啟動時(shí)，10kV 母線壓降相對值：

電動機(jī)啟動時(shí)，機(jī)端壓降相對值：

二次壓縮機(jī)各種啟動電流倍數(shù)、電壓降計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 二次壓縮機(jī)各種啟動電流倍數(shù)、電壓降計(jì)算結(jié)果

3.4 二次壓縮機(jī)采用自藕變壓器降壓啟動計(jì)算（方案一）

二次壓縮機(jī)降壓啟動接線如圖5所示。

（1）電壓水平計(jì)算。

按自藕變壓器分接抽頭90%、啟動倍數(shù)4.8進(jìn)行計(jì)算。

電動機(jī)額定容量：

電動機(jī)額定啟動容量：

線路電抗：

10kV 母線短路容量：

啟動回路的額定輸入容量：

電壓水平相對值：Q1X忽略。

電動機(jī)啟動時(shí)母線電壓 （10kV）相對值：

電動機(jī)啟動時(shí)，端子電壓相對值：

電動機(jī)啟動時(shí)，啟動回路的輸入電流：

電動機(jī)的啟動電流：

啟動設(shè)備的過負(fù)荷能力：

110kV 線路及變壓器電壓降：

110kV 母線電壓：

二次壓縮機(jī)采用自耦變壓器降壓啟動計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 二次壓縮機(jī)采用自耦變壓器降壓啟動計(jì)算結(jié)果

圖5 二次壓縮機(jī)降壓啟動接線圖

（2）啟動時(shí)滿足生產(chǎn)機(jī)械要求的啟動轉(zhuǎn)矩校驗(yàn)。

為了保證二次壓縮機(jī)能順利啟動和啟動過程中電動機(jī)不致過熱，需滿足：

式中：TMmin——電動機(jī)的最小啟動轉(zhuǎn)矩，N·m；

TLmax——電動機(jī)啟動過程中可能出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，N·m；

Ks——保證啟動時(shí)有足夠的加速轉(zhuǎn)矩系數(shù)，取Ks=1.15；

Ku2——啟動時(shí)電動機(jī)端電壓與額定電壓之比，Ku=0.68。

圖6 為二次壓縮機(jī)采用自耦變壓器抽頭在90%、啟動電流倍數(shù)為4.8時(shí)，啟動轉(zhuǎn)矩及負(fù)載轉(zhuǎn)矩曲線。曲線2從啟動開始到啟動結(jié)束都位于曲線3之上，并且滿足在啟動過程中電動機(jī)的最小啟動轉(zhuǎn)矩大于0.50Tn，滿足啟動要求。S=1時(shí)，啟動轉(zhuǎn)矩T=1.20 Tn；S=0.05 時(shí)，牽入轉(zhuǎn)矩T=0.52 Tn。

（3）二次壓縮機(jī)采用無刷勵(lì)磁型式時(shí)的運(yùn)行參數(shù)。

無刷勵(lì)磁是一個(gè)安裝在驅(qū)動軸上、獨(dú)立的電流發(fā)生器，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子為凸極型，勵(lì)磁電流由與轉(zhuǎn)子同軸的勵(lì)磁發(fā)生器供給。用速度傳感器控制勵(lì)磁電流投入的時(shí)間，當(dāng)速度達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的95%時(shí)，啟動電流小于1.2In時(shí)，系統(tǒng)把自耦變壓器從主回路中切除，并自動投入勵(lì)磁電流。額定負(fù)載時(shí)，電動機(jī)勵(lì)磁電流705.6A、勵(lì)磁電壓156.8V，勵(lì)磁設(shè)備的勵(lì)磁電流12A、勵(lì)磁電壓120V。加速時(shí)間為12s，啟動全過程時(shí)間為30min。自耦變壓器的容量為1700 kV · A，最大允許啟動容量為114 MV·A。

圖6 二次壓縮機(jī)采用自耦變壓器抽頭在90%、啟動電流倍數(shù)為4.8時(shí)，啟動轉(zhuǎn)矩及負(fù)載轉(zhuǎn)矩曲線

3.5 采用變壓器-電動機(jī)組全壓啟動電壓水平計(jì)算 （方案二）

根據(jù)工藝要求，一次、二次壓縮機(jī)先后啟動，一次壓縮機(jī)先啟動，將乙烯壓縮到28 MPa后，再啟動二次壓縮機(jī)。一次、二次壓縮機(jī)先后啟動對應(yīng)的啟動電流倍數(shù)、電壓降計(jì)算結(jié)果，見表4～表6。

表4 一次壓縮機(jī)直接啟動，各種啟動電流倍數(shù)、電壓降計(jì)算結(jié)果

一次壓縮機(jī)正常運(yùn)行后，各母線電壓降計(jì)算結(jié)果如下：110kV 母線電壓降0.9%，10kV 母線電壓降4.3%，電動機(jī)端電壓降5.1%。

表5 一次壓縮機(jī)正常運(yùn)行情況下，二次壓縮機(jī)直接啟動，各種啟動電流倍數(shù)、電壓降計(jì)算結(jié)果

3.6 一次壓縮機(jī)全壓啟動、二次壓縮機(jī)采用自藕變壓器降壓啟動計(jì)算 （方案二）

表6 一次壓縮機(jī)全壓啟動、二次壓縮機(jī)采用自耦變壓器降壓啟動計(jì)算結(jié)果

4 啟動方案研究

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，分別對方案一、方案二進(jìn)行分析，具體如下：

方案一：由于配電母線上未接其他用電設(shè)備，電動機(jī)啟動需滿足電源的質(zhì)量要求，以及保證電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩的條件。一次壓縮機(jī)電機(jī)6.5 MW 通過從110 kV 變電站引來35 kV 電源，用35kV／10kV、容量12.5 MV·A、阻抗電壓百分值8%變壓器可正常全壓直接啟動。在啟動電流倍數(shù)為4.8及4時(shí)，能滿足35kV 母線電壓降不低于5%，滿足啟動轉(zhuǎn)矩條件。二次壓縮機(jī)電機(jī)27 MW通過從110kV 變電站引來110kV 電源，采用110 kV／10kV、容量50 MV·A、阻抗電壓百分值10.5%變壓器通過自耦變壓器啟動，在啟動電流倍數(shù)為4.8及4、自耦變壓器抽頭90%時(shí)，能滿足110kV 母線電壓降不低于5%，滿足啟動轉(zhuǎn)矩條件。由于采用獨(dú)立的變壓器電動機(jī)組，一次、二次壓縮機(jī)啟動時(shí)，對其他用電設(shè)備沒有影響。

方案二：一次壓縮機(jī)6.5 MW 和二次壓縮機(jī)27 MW 共用一段10kV 母線，采用一臺110kV／10.5kV、50 MV·A、10.5%專用變壓器供電，一次壓縮機(jī)在啟動電流倍數(shù)為4.8及4時(shí)，能滿足110kV 母線電壓降不低于5%的要求；在一次壓縮機(jī)正常運(yùn)行后啟動二次壓縮機(jī)，二次壓縮機(jī)采用全壓直接啟動，啟動電流倍數(shù)為4及4.8時(shí)，110 kV 母線電壓降不滿足不低于5%的要求；二次壓縮機(jī)采用自耦變壓器啟動，啟動電流倍數(shù)為4 及4.8，自耦變壓器抽頭70%時(shí)，不滿足110kV 母線電壓降不低于5%，以及10kV 母線不低于額定電壓的80%要求 （當(dāng)二次壓縮機(jī)啟動時(shí)，一次壓縮機(jī)因10kV 母線電壓低于額定電壓的80%而停車）。二次壓縮機(jī)還可采用LCI軟啟動器啟動方案，由于LCI軟啟動器投資費(fèi)用高，運(yùn)行維護(hù)工作量大，并且受LCI運(yùn)行調(diào)試人員短缺因素影響，因此不采用此方案。

若采用一次壓縮機(jī)6.5 MW 和二次壓縮機(jī)27 MW 共用一段10kV 母線，采用一臺110kV／10.5 kV、容量63 MV·A、阻抗電壓百分值10.5%專用變壓器供電，即使通過計(jì)算二次壓縮機(jī)采用自耦變壓器啟動，能滿足110kV 母線電壓降不低于5%的要求，且當(dāng)二次壓縮機(jī)啟動時(shí)，10kV 母線電壓不低于額定電壓的80%，也不建議采用此方案。具體原因如下：

由于該項(xiàng)目的供電電壓等級為110kV，需要為接入110kV 母線的所有變壓器交納基本容量費(fèi)用。根據(jù)陜西省電力公司有關(guān)收取備用容量費(fèi)的文件精神，容量費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為千伏安每月24元；

兩種供電方案經(jīng)濟(jì)對比詳見表7。

從表7中可以看出，110kV／10kV 變壓器的備用容量費(fèi)用占了一定比例，雖然方案二采用63 MV·A 變壓器可以滿足一次壓縮機(jī)直接全壓啟動、二次壓縮機(jī)自耦變壓器啟動，初始投資費(fèi)用低于方案一67.3萬元，但是方案二采用63MV·A變壓器的每年基本容量費(fèi)用高出方案一374.4 萬元。由此可見，在生產(chǎn)運(yùn)行中產(chǎn)生的備用容量費(fèi)用不可忽視。因此，方案二不可取。

5 LDPE裝置一次、二次壓縮機(jī)啟動控制方案確定

二次壓縮機(jī)27 MW 采用一臺110kV／10.5 kV、50 MV·A、10.5%專用變壓器供電，采用自耦變壓器啟動，自耦變壓器的額定容量為1700 kV·A，抽頭為90%，同步電動機(jī)的啟動電流倍數(shù)為4.8；一次壓縮機(jī)6.5 MW 采用一臺35kV／10.5kV、12.5 MV·A、 8%專用變壓器供電，采用直接全壓啟動，啟動電流倍數(shù)為4。一次、二次壓縮機(jī)均采用無刷勵(lì)磁，用速度傳感器控制勵(lì)磁電流投入的時(shí)間。對于二次壓縮機(jī)當(dāng)速度達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的95%、啟動電流小于1.2In時(shí)，系統(tǒng)把自耦變壓器從主回路中切除，并自動投入勵(lì)磁電流。對于一次壓縮機(jī)，當(dāng)速度達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的95%、啟動電流小于1.2In時(shí)，自動投入勵(lì)磁電流。一次壓縮機(jī)的加速時(shí)間為7s、二次壓縮機(jī)的加速時(shí)間為12s，一次、二次壓縮機(jī)啟動全過程時(shí)間均為30 min。110kV／10.5kV、50 MV·A，35kV／10.5kV、12.5 MV·A 變壓器安裝在LDPE變電所內(nèi)。

表7 兩種供電方案經(jīng)濟(jì)對比

［1］ 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊 ［M］.北京：中國電力出版社，2005

［2］ 《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊》編委會.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊 （上冊） ［M］ .北京：冶金工業(yè)出版社，1996

［3］ 中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會.GB50055-2011 通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范 ［S］ .北京：中國計(jì)劃出版社，2012