菲律賓Therma South 熱電廠輸煤系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)壓降分析

楊艷景，張莉莉，凌端強(qiáng)，常立勇

(1.華電重工股份有限公司，北京　100070；2.北京捷通機(jī)房設(shè)備工程有限公司，北京　100015；3.中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京　100070)

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菲律賓Therma South 熱電廠輸煤系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)壓降分析

楊艷景1，張莉莉2，凌端強(qiáng)3，常立勇1

(1.華電重工股份有限公司，北京100070；2.北京捷通機(jī)房設(shè)備工程有限公司，北京100015；3.中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京100070)

以菲律賓Therma South項(xiàng)目為基礎(chǔ)，對(duì)電廠輸煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)-采購(gòu)-施工(EPC)項(xiàng)目中常用低壓籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的全壓?jiǎn)?dòng)電壓降進(jìn)行了分析，并針對(duì)不同變壓器容量和不同供電距離，給出了各電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)數(shù)據(jù)，形成主流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)速查計(jì)算數(shù)據(jù)，對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)校驗(yàn)具有指導(dǎo)意義，工程實(shí)際應(yīng)用效果顯著。

熱電廠；輸煤系統(tǒng)；EPC；全壓?jiǎn)?dòng)；電壓降；電動(dòng)機(jī)

1　項(xiàng)目背景

菲律賓Therma South熱電廠位于菲律賓南部棉蘭老島達(dá)沃市，為2×150 MW機(jī)組，此項(xiàng)目由華電重工股份有限公司作為電廠輸煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)-采購(gòu)-施工(EPC)承包方，項(xiàng)目包含7條帶式輸送機(jī)，1臺(tái)圓倉(cāng)堆取料機(jī)，一期皮帶總長(zhǎng)1.3 km。項(xiàng)目總包方為美國(guó)Black & Veatch Corporation，業(yè)主為T(mén)herma South Inc.。2014年初集港發(fā)貨完畢(FOB)，2015年1月完成第1次重載調(diào)試，后期運(yùn)行穩(wěn)定。其中，帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)為籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，包括3臺(tái)90 kW，1臺(tái)110 kW，2臺(tái)45 kW電動(dòng)機(jī)及1臺(tái)中壓電動(dòng)機(jī)。

本文以此項(xiàng)目實(shí)際數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)并拓展開(kāi)來(lái)，以期形成針對(duì)不同變壓器、不同供電距離下各等級(jí)容量電動(dòng)機(jī)是否能夠全壓?jiǎn)?dòng)的參考數(shù)據(jù)，完善一直以來(lái)低壓電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)判據(jù)的缺失，方便電氣設(shè)計(jì)人員快速、準(zhǔn)確定位，提高工程設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用效果。

2　研究現(xiàn)狀

帶式輸送系統(tǒng)以其低成本、大運(yùn)量、長(zhǎng)距離、高帶速等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前散狀物料輸送的主要方式[1]。A. Roberts等早在1983年就提出：當(dāng)運(yùn)輸距離小于50 km時(shí)，采用帶式輸送機(jī)進(jìn)行散料輸送具有最好的經(jīng)濟(jì)性[2]。目前，在煤炭、冶金、水泥、電力、港口、化工等行業(yè)中，帶式輸送機(jī)進(jìn)行散狀物料輸送已被廣泛應(yīng)用。

2.1散料輸送系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)存在2個(gè)誤區(qū)

(1)啟動(dòng)條件嚴(yán)酷時(shí)減壓?jiǎn)?dòng)。減壓?jiǎn)?dòng)包括電抗器減壓?jiǎn)?dòng)、自耦變壓器減壓?jiǎn)?dòng)、星-三角減壓?jiǎn)?dòng)及變壓器-電動(dòng)機(jī)組減壓?jiǎn)?dòng)。減壓?jiǎn)?dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也小，啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，啟動(dòng)電氣復(fù)雜。

眾所周知，籠型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與其端子電壓的平方成正比[3]，這就意味著如果降壓?jiǎn)?dòng),同等條件下會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)更加困難,甚至啟動(dòng)失敗。所以，越是在啟動(dòng)條件嚴(yán)酷的時(shí)候,越應(yīng)該優(yōu)先采取全電壓?jiǎn)?dòng)，特別是在輸煤系統(tǒng)大多數(shù)電動(dòng)機(jī)需要重載啟動(dòng)的情況下,更是如此。

(2)簡(jiǎn)單按照電動(dòng)機(jī)容量等級(jí)來(lái)規(guī)定多大的電動(dòng)機(jī)應(yīng)減壓?jiǎn)?dòng)。不同的供電系統(tǒng)，不同容量的變壓器，不同的供配電線路等參數(shù)，導(dǎo)致不同容量的電動(dòng)機(jī)在不同情況下的電壓降也是不同的，故不能僅僅通過(guò)電動(dòng)機(jī)容量來(lái)簡(jiǎn)單確定是否降壓?jiǎn)?dòng)。

2.2研究現(xiàn)狀

實(shí)際項(xiàng)目中，籠型異步電動(dòng)機(jī)全電壓?jiǎn)?dòng)以其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)占有很高比重。但一直以來(lái)，由于上述認(rèn)識(shí)誤區(qū)，缺乏系統(tǒng)、全面的實(shí)際應(yīng)用計(jì)算數(shù)據(jù)，特別是一些遠(yuǎn)距離供電情況下大電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)判斷缺乏計(jì)算支撐，導(dǎo)致盲目采用其他啟動(dòng)方式，增加不必要的成本，延長(zhǎng)了啟動(dòng)時(shí)間，造成經(jīng)濟(jì)損失。

在文獻(xiàn)[4]中，只討論了供電距離100 m的情況，實(shí)際工程中，供電距離往往在200 m以上，少數(shù)甚至超過(guò)300 m，而遠(yuǎn)距離供電情況下電動(dòng)機(jī)能否啟動(dòng)才是最需要研究的；只討論了3種功率的電動(dòng)機(jī)，不具備普遍性，而且部分參數(shù)如變壓器一次側(cè)短路容量直接按100 MV·A考慮，對(duì)于大容量變壓器及部分母線短路電流較大的情況并不適用。

2.3電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)所需條件

(1)啟動(dòng)時(shí)配電母線上的電壓應(yīng)符合下列要求：1)電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)時(shí)，不應(yīng)低于系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓的90%；不頻繁啟動(dòng)時(shí)，不宜低于標(biāo)稱(chēng)電壓的85%；2)配電母線上未接照明負(fù)荷或其他對(duì)電壓下降敏感的負(fù)荷且電動(dòng)機(jī)不頻繁啟動(dòng)時(shí)，不應(yīng)低于標(biāo)稱(chēng)電壓的80%；3)配電母線上未接其他用電設(shè)備時(shí)，可按保證電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的條件決定；對(duì)于低壓電動(dòng)機(jī)，還應(yīng)保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。

(2)啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)端子電壓應(yīng)能保證傳動(dòng)機(jī)械要求的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即

(1)

式中：ustM為啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)端子電壓相對(duì)值；MstM為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)值；Mj為電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)械的靜阻轉(zhuǎn)矩相對(duì)值。

企業(yè)與外部利益相關(guān)者的和諧體現(xiàn)于信任機(jī)制的建立。因?yàn)樵谄髽I(yè)與外部利益相關(guān)者的互動(dòng)過(guò)程中，企業(yè)影響力的大小取決于企業(yè)在外部系統(tǒng)中的權(quán)重，也就是企業(yè)在整個(gè)外部系統(tǒng)中的地位問(wèn)題。在整個(gè)外部系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈中，企業(yè)與長(zhǎng)期合作者的關(guān)系應(yīng)該建立在互相信任的基礎(chǔ)上，這樣可以最小化交易成本，降低企業(yè)的成本和費(fèi)用，并最大化企業(yè)的利潤(rùn)。同時(shí)減小系統(tǒng)中強(qiáng)勢(shì)成員對(duì)弱勢(shì)成員利益的侵害，從而達(dá)到系統(tǒng)的共同繁榮。

3　電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)壓降計(jì)算

3.1系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

本文數(shù)據(jù)依照菲律賓Therma South項(xiàng)目，在此基礎(chǔ)上增加了75 kW和132 kW 2個(gè)容量等級(jí)的電動(dòng)機(jī)——此二者也為輸煤系統(tǒng)中常用等級(jí)低壓電動(dòng)機(jī)，并增加了各容量電動(dòng)機(jī)在不同變壓器容量和不同供電距離下的啟動(dòng)電壓降數(shù)據(jù)。

電動(dòng)機(jī)采用某合資品牌主流機(jī)型參數(shù)，其在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用廣泛，具有普遍參考性。為使工程設(shè)計(jì)具有普遍適用性，額定電壓取0.38 kV。電動(dòng)機(jī)供電電纜電壓降按照3%Un考慮。

變壓器一次側(cè)短路容量：按照實(shí)際項(xiàng)目中低壓側(cè)母線最大短路電流50 kA考慮，通過(guò)計(jì)算并考慮1 600 kV·A以上變壓器本身阻抗較小，對(duì)應(yīng)母線最大短路電流的一次側(cè)短路容量較大，接近200 MV·A；而對(duì)于小容量變壓器來(lái)說(shuō)，稍大一點(diǎn)的高壓側(cè)短路容量對(duì)低壓側(cè)母線短路容量影響不大，故取200 MV·A。

3.2計(jì)算公式

母線電壓相對(duì)值

(2)

電動(dòng)機(jī)端子電壓相對(duì)值

(3)

(4)

式中：Skm為母線短路容量，MV·A；Qfh為預(yù)接負(fù)荷的無(wú)功功率，MV·A，在變壓器二次母線上可取0.6(ST-0.75SrM)，其中ST為變壓器容量，MV·A，SrM為電動(dòng)機(jī)額定容量，MV·A；Sst為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)回路的額定輸入容量，MV·A；SstM為電動(dòng)機(jī)額定啟動(dòng)容量，MV·A，其值為kstSrM，其中kst為電動(dòng)機(jī)額定啟動(dòng)電流倍數(shù)(本文取7)；SrT為供電變壓器的額定容量，MV·A；xT為供電變壓器的電抗相對(duì)值；SK為供電變壓器一次側(cè)短路容量，MV·A。

3.3計(jì)算結(jié)果

表1～5分別為45,75,90,110,132 kW常用容量等級(jí)電動(dòng)機(jī)在不同變壓器容量、不同供電距離情況下的啟動(dòng)電壓降計(jì)算結(jié)果。表中：SrT為供電變壓器額定容量；uT為變壓器阻抗電壓相對(duì)值；Qfh為預(yù)接負(fù)荷無(wú)功功率；Skm為母線短路容量；PrM為電動(dòng)機(jī)有功功率；SrM為電動(dòng)機(jī)額定容量；YJV 3×為電機(jī)配電電纜規(guī)格；L為電纜長(zhǎng)度；X1為線路阻抗；ustm為母線電壓相對(duì)值；ustM為電機(jī)端子電壓相對(duì)值；表格最后一列顯示為該情況下電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的電壓降是否滿(mǎn)足要求，Y表示滿(mǎn)足要求，可以全壓?jiǎn)?dòng)，N表示不滿(mǎn)足要求。

表1　45 kW電動(dòng)機(jī)在不同容量變壓器及不同供電距離下的啟動(dòng)數(shù)據(jù)

續(xù)表

注：uT=0.06，PrM=45 kW,SrM=52.941 2 kV·A,電機(jī)啟動(dòng)所需端子電壓相對(duì)值為0.796 6。

表2　75 kW電動(dòng)機(jī)在不同容量變壓器及不同供電距離下的啟動(dòng)數(shù)據(jù)

注：uT=0.06，PrM=75 kW,SrM=88.235 3 kV·A ,電機(jī)啟動(dòng)所需端子電壓相對(duì)值為0.812 4。

表3　90 kW電動(dòng)機(jī)在不同容量變壓器及不同供電距離下的啟動(dòng)數(shù)據(jù)

續(xù)表

注：uT=0.06，PrM=90 kW,SrM=105.880 0 kV·A,電機(jī)啟動(dòng)所需端子電壓相對(duì)值為0.812 4。

表4　110 kW電動(dòng)機(jī)在不同容量變壓器及不同供電距離下的啟動(dòng)數(shù)據(jù)

注：uT=0.06，PrM=100 kW,SrM=129.410 0 kV·A,電機(jī)啟動(dòng)所需端子電壓相對(duì)值為0.812 4。

表5　132 kW電動(dòng)機(jī)在不同容量變壓器及不同供電距離下的啟動(dòng)數(shù)據(jù)

注：uT=0.06，PrM=132 kW,SrM=155.290 0 kV·A,電機(jī)啟動(dòng)所需端子電壓相對(duì)值為0.796 6。

4　工程應(yīng)用說(shuō)明

(1)對(duì)于100 m以?xún)?nèi)的供電距離，輸煤系統(tǒng)上述常用容量等級(jí)的低壓電動(dòng)機(jī)在電纜正確選型情況下基本可滿(mǎn)足全電壓?jiǎn)?dòng)。

(2)對(duì)于200 m以上的供電距離，則和變壓器容量、電纜型號(hào)、電動(dòng)機(jī)功率等因素有關(guān)，需要注意校驗(yàn)啟動(dòng)電壓降。相關(guān)數(shù)據(jù)在對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表中可直接查找。

(3)某些長(zhǎng)距離供電的較大容量電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)不滿(mǎn)足時(shí)，增大供電電纜的規(guī)格有時(shí)也可以全電壓?jiǎn)?dòng)。但此法是以犧牲經(jīng)濟(jì)性為條件的，應(yīng)理性選擇。

(4)實(shí)際工程中，常見(jiàn)問(wèn)題是未校驗(yàn)斷路器的靈敏度。電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，斷路器的瞬時(shí)過(guò)電流脫扣整定電流應(yīng)能躲開(kāi)啟動(dòng)時(shí)的峰值電流，而又滿(mǎn)足靈敏度要求[5]。具體應(yīng)按照下式整定：

瞬時(shí)過(guò)電流脫扣整定值

(5)

靈敏度系數(shù)

(6)

式中：IMst為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流；Idmin為線路末端接地故障電流。

5　結(jié)束語(yǔ)

電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)涉及電動(dòng)機(jī)本身的許多參數(shù)，與電動(dòng)機(jī)的制造形式和工藝關(guān)系密切。如果是特殊的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，具體的啟動(dòng)參數(shù)應(yīng)該按照實(shí)際計(jì)算去檢驗(yàn)，而不能完全把上述數(shù)據(jù)作為判斷能否全壓?jiǎn)?dòng)的依據(jù)。另外，變壓器高壓側(cè)的短路容量這一數(shù)據(jù)取值，目前并沒(méi)有一致結(jié)論，實(shí)際上應(yīng)該以系統(tǒng)實(shí)際的短路計(jì)算結(jié)果為依據(jù)。文中的取值及計(jì)算，對(duì)于一般輸煤系統(tǒng)工程來(lái)說(shuō)，大多數(shù)適用。經(jīng)過(guò)實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行，驗(yàn)證了其工程實(shí)用性。

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(本文責(zé)編：白銀雷)

2016-04-28；

2016-06-12

TM 343

B

1674-1951(2016)06-0001-05

楊艷景(1984—)，男，山西原平人，工程師，工學(xué)碩士，從事散料輸送系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)微機(jī)監(jiān)控等方面的工作(E-mail:yang6315738yan@126.com)。