電氣設備投入電力計算與電動機啟動方式分析

李 琳

（常石（上海）船舶設計有限公司，上海200001）

0 引言

發(fā)電機在各個工作狀況下使用功率是不同的，但總的要求是不要超過額定功率的90%（船廠要求）。

發(fā)電機因廠家和型號的不同，負荷投入率的曲線也是不同的。在各個工作狀況下，因為斷電引起備用發(fā)電機啟動，負責基本安全的負載也在隨后投入到配電系統(tǒng)中。在投入過程中引起的配電系統(tǒng)電壓和頻率波動，根據(jù)規(guī)范要求，穩(wěn)態(tài)電壓在－10%～6%之間波動，穩(wěn)態(tài)頻率在－5%～5%之間波動［1］。這時就需要對各個投入的負荷進行計算，來決定什么時候投入、用什么方式啟動，以滿足規(guī)范要求。

電動機的啟動方式分為直接起動、降壓啟動、Y－△啟動三種。對于不同的電動機選用不同的啟動方式需要考慮很多因素，包括發(fā)電機的功率、電流、直軸瞬態(tài)電抗、直軸超瞬態(tài)電抗、負荷投入特性曲線，電動機的功率、額定電流、啟動電流，發(fā)電機在各個工作狀況下的負載功率等。

1 投入電力的確認方法

一般情況下，電動機啟動時的電流值大概是額定電流值的7～8倍。這個電流值稱為啟動電流。因此，在船內(nèi)電氣負載投入的時候，需要根據(jù)發(fā)電機負荷狀態(tài)確認哪些機器可以正常投入。根據(jù)下列計算式，機器啟動時的發(fā)電機負載率選定超越90%的機器進行計算。

電氣設備啟動時發(fā)電機的負荷率：

發(fā)電機負荷率90%＜［基本負荷（kW）＋電動機啟動功率（kW）］／發(fā)電機額定功率（kW）×100%

電動機啟動功率（kW）＝440V×電動機啟動電流（A）×電動機啟動功率因數(shù)

2 計算實例

本文以大發(fā)工業(yè)株式會社的發(fā)電機引擎為例來說明投入電力的具體算法。首先發(fā)電機引擎型號為6DE－18，功率510kW，負荷投入曲線為0—45%—90%—100%。

船舶工作狀況分為航行工況、航行工況（壓載水作業(yè)）、進出港工況、裝卸貨作業(yè)工況、停泊工況。表1列出了各個工況下發(fā)電機使用的臺數(shù)和總功率（根據(jù)電力調(diào)查表做成）。

所謂負荷投入曲線，是指引擎制造廠家對于發(fā)電機各個程度的負荷投入可能的表示值。在這個負荷投入值范圍內(nèi)即滿足船級社的要求。

另外發(fā)電機負荷投入線，大發(fā)的型號有10%的余量，因此自動計算考慮它。還有，在表1內(nèi)上述輸入結果是自動表示，要作為負荷投入圖表的基礎數(shù)據(jù)被使用。

表1 工況負荷表

表2中的數(shù)據(jù)，功率數(shù)、極數(shù)、額定電流、啟動電流、啟動功率因數(shù)、輸入功率數(shù)據(jù)來源于電動機廠家資料。需要率和整定功率來源于造船廠自己的標準。

表2 電動機參數(shù)表

以主潤滑油泵電動機為例（以下數(shù)據(jù)都為主潤滑油泵電動機），表3中羅列了主潤滑油泵電動機的各個參數(shù)。其中有些數(shù)據(jù)來源于表2，啟動功率是計算生成，會根據(jù)啟動方式的不同而變化。

表3 主潤滑油泵電動機詳細參數(shù)

表4主要記錄了主潤滑泵電動機在各個工況下的各種負荷因數(shù)情況。

表4 主潤滑油泵電動機在各個工況下的負荷因數(shù)

基本負荷＝總負荷－整定功率

峰值負荷因數(shù)＝（基本負荷＋啟動功率）／發(fā)電機功率×100%

基本負荷因數(shù)＝基本負荷／發(fā)電機功率×100%

啟動功率因數(shù)＝啟動功率／發(fā)電機功率×100%

整定后負荷因數(shù)＝（基本負荷＋整定功率）／發(fā)電機功率×100%

在航行工況狀態(tài)下總負荷為390.2kW，其基本負荷變成了390.2－64.5＝325.7kW。其他的根據(jù)上面的公式計算得出。

然后由表4中所記載的數(shù)據(jù)生成表5數(shù)據(jù)，再來畫坐標點。

表5 主潤滑油泵電動機各個工況負荷曲線坐標

由表5中數(shù)據(jù)，配合發(fā)電機引擎負荷投入曲線生成圖1。

圖中的A、B、C表示各個工況下主潤滑油泵電動機對發(fā)電機的負荷狀況，其橫豎坐標來源于表5。根據(jù)規(guī)范要求，所有工況的點都必須在負荷投入曲線以內(nèi)，但在圖1中，B點的位置稍微超出了負荷投入曲線，根據(jù)要求，大發(fā)的發(fā)電機引擎有10%的余量，B點并沒有超出10%的余量線，所以此處不再做修改。

最終，根據(jù)圖1的結果來驗證電動機啟動方式是否正確。

根據(jù)以上做法對于選定電動機分別予以計算，來確定啟動方式是否符合發(fā)電機的負荷投入曲線，如果實在不能滿足負荷投入曲線，那么可以適當調(diào)整發(fā)電機的容量來滿足電動機啟動的需要。

圖1 主潤滑油泵負荷曲線圖

3 結語

以上就是如何根據(jù)電力投入負荷計算來確定發(fā)電機容量是否符合要求，并且計算出各個電動機的啟動方式能否滿足發(fā)電機負荷投入曲線的要求。對于電氣設計人員來說，電動機啟動方式和發(fā)電機容量選擇非常重要，設計人員在設計時不僅要經(jīng)過大量的計算驗證，而且還要考慮安全方面的因素。這就要求設計人員要具備多方面的能力，綜合考慮設計中所面臨的問題，對于不清楚的問題要多加求證，盡量減少可能出現(xiàn)的問題。

［1］日本海事協(xié)會.鋼船規(guī)則H篇 電氣設備［Z］.2015.