固態(tài)降補(bǔ)裝置在大電機(jī)啟動(dòng)中的應(yīng)用

趙懷

摘 要：減少污染排放，提高能源利用率，建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)經(jīng)濟(jì)是時(shí)代的主題。然隨著社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)也在朝著高度模塊化前進(jìn)，軟啟動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)高度模塊化所面臨的保護(hù)電網(wǎng)、電機(jī)安全起動(dòng)運(yùn)行、拖動(dòng)負(fù)載等一系列問題的解決，具有重要的意義。本文詳細(xì)介紹了固態(tài)降補(bǔ)裝置在18000KW電機(jī)起動(dòng)中的應(yīng)用，突顯固態(tài)降補(bǔ)裝置的先進(jìn)性、可靠性。

關(guān) 鍵 詞：大電機(jī) 軟起 固態(tài)降補(bǔ)裝置

中圖分類號(hào)：TM57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

1、概 述

在武鋼集團(tuán)鄂城鋼鐵有限責(zé)任公司35000m3/h等級(jí)空分裝置中空壓機(jī)電機(jī)功率為18000KW。該大功率電機(jī)在啟動(dòng)的時(shí)候啟動(dòng)電流非常大，并且會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成相當(dāng)大的沖擊，同時(shí)由于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)要消耗相當(dāng)一部分的無(wú)功功率，因此對(duì)電網(wǎng)容量的要求也相對(duì)來(lái)說比較高。所以出于對(duì)電網(wǎng)安全以及保護(hù)設(shè)備的方面考慮，該電機(jī)的軟啟動(dòng)方式的選擇也變得至關(guān)重要。目前，現(xiàn)在市場(chǎng)上針對(duì)大功率電機(jī)的啟動(dòng)裝置主要有降壓、降補(bǔ)、變頻三大類軟啟動(dòng)方式。降壓類設(shè)備主要有水電阻、開關(guān)變壓器、自耦變壓器等，這類降壓設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)電流為3倍左右，因而對(duì)電網(wǎng)容量的要求相對(duì)比較高。變頻起動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)電流最小，一般為額定電流的0.5-1倍，并且對(duì)機(jī)器、設(shè)備及電網(wǎng)的沖擊也較小。但是變頻器成本太高，后期維護(hù)費(fèi)用也比較大，因此對(duì)于資金相對(duì)來(lái)說比較緊張的企業(yè)不是一個(gè)很好的選擇。降補(bǔ)類既可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)電流相對(duì)較小，降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng)，并且人為的控制起動(dòng)產(chǎn)生的無(wú)功量，從而降低其沖擊強(qiáng)度，同時(shí)設(shè)備成本也不是太高，前期投資以及后期的維護(hù)費(fèi)用也相對(duì)較少?？諌簷C(jī)電機(jī)屬于非頻繁啟動(dòng)設(shè)備，啟動(dòng)設(shè)備成本太高相對(duì)不劃算。通過綜合比較最終決定選擇固態(tài)降補(bǔ)裝置。這樣即可滿足用戶電網(wǎng)容量比較小實(shí)際情況，又可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化。下面詳細(xì)介紹固態(tài)降補(bǔ)裝置在該18000KW電機(jī)啟動(dòng)中的應(yīng)用。

2、技術(shù)方案

2.1原理

固態(tài)降補(bǔ)軟啟動(dòng)器通過將電機(jī)起動(dòng)電流和母線側(cè)電流有效分開，在滿足電機(jī)負(fù)載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求的前提下，通過調(diào)整起動(dòng)裝置參數(shù)，使得電機(jī)起動(dòng)時(shí)所消耗母線側(cè)電流盡可能的小。成功解決了以往降壓類啟動(dòng)設(shè)備不能滿足電機(jī)啟動(dòng)時(shí)候母線起動(dòng)電流要求比較小而電機(jī)轉(zhuǎn)矩要求比較大的問題。

固態(tài)降補(bǔ)裝置簡(jiǎn)單來(lái)說主要分為降壓和補(bǔ)償兩大功能塊。降壓部分采用降壓器，在滿足電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的前提下盡可能的降低電動(dòng)機(jī)的端電壓，從而降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。補(bǔ)償部分則是在電機(jī)端并聯(lián)一個(gè)無(wú)功發(fā)生器，該無(wú)功補(bǔ)償裝置能夠提供電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中所需的足夠的無(wú)功功率，從而減少電機(jī)起動(dòng)時(shí)候從電網(wǎng)索取的容量，進(jìn)而降低電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)電壓的不利影響。

2.2系統(tǒng)主回路及配置

由圖1可知，電機(jī)起動(dòng)控制及運(yùn)行共需1臺(tái)運(yùn)行高壓開關(guān)柜、1臺(tái)軟起起動(dòng)開關(guān)柜、1臺(tái)軟起連接開關(guān)柜、1套降補(bǔ)固態(tài)軟起動(dòng)裝置（含1臺(tái)降壓器、1臺(tái)降壓控制器、1臺(tái)無(wú)功發(fā)生器、1臺(tái)無(wú)功控制器）。其中降壓器為三相一體油浸式結(jié)構(gòu)，起動(dòng)容量約為31MVA，配用電動(dòng)機(jī)最大20MW。降補(bǔ)固態(tài)軟起動(dòng)裝置的無(wú)功發(fā)生器為一體油浸式結(jié)構(gòu)，提供最大無(wú)功容量為10Mvar。

2.3電機(jī)參數(shù)計(jì)算

2.3.1原始數(shù)據(jù)

①、電動(dòng)機(jī)參數(shù)： ②、負(fù)載參數(shù)（已折算到電機(jī)端）

額定功率Pe 18000 kW 負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 22000 Kg.m2

額定轉(zhuǎn)速Ne 1500 r.p.m 靜阻力矩 5000 N.m

額定電壓Ue 10000 V 起動(dòng)阻力矩 21000 N.m

額定電流Ie 1177A

起動(dòng)電流倍數(shù)KI 4

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)KM 0.48

最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)λ 1.73

飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 1030 Kg.m2

③、電網(wǎng)參數(shù)：

10kV側(cè)短路容量為：Smax=300MVA， Smin=200MVA，額外負(fù)載按2000KVA算。

下面進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。

2.3.2電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程電氣參數(shù)計(jì)算

1、電機(jī)起動(dòng)阻抗 1.23Ω 2、等效起動(dòng)電阻 0.12Ω

3、等效起動(dòng)電抗 1.22Ω 4、電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 114600 N.m

5、電機(jī)全壓起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 55008 N.m 6、電機(jī)全壓最大轉(zhuǎn)矩 198258 N.m

7、額定轉(zhuǎn)差率 0 8、臨界轉(zhuǎn)差率 0

2.3.3電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程的機(jī)械特性計(jì)算

2.3.4方案確定

用方要求電機(jī)起動(dòng)電流達(dá)到2.4倍額定電流，10KV母線負(fù)向電壓波動(dòng)小于10%。根據(jù)電機(jī)廠家提供的出廠測(cè)試數(shù)據(jù)、特性曲線和阻力矩曲線圖，要想順利起動(dòng)電機(jī)，必須使動(dòng)力矩大于阻力矩。考慮起動(dòng)所需的無(wú)功及起動(dòng)時(shí)間的要求，采用降壓比為1/0.73，無(wú)功發(fā)生器可以發(fā)生最大無(wú)功10000kvar。

2.3.5起動(dòng)時(shí)間的計(jì)算

計(jì)算所得起動(dòng)時(shí)間（采用分段計(jì)算法）為47.1s。

2.3.6技術(shù)特性指標(biāo)

1. 電機(jī)的10KV回路起動(dòng)電流倍數(shù)為1.3倍電機(jī)額定電流，起動(dòng)時(shí)間47.1秒。

2. 電機(jī)起動(dòng)時(shí)電網(wǎng)壓降小于9.5%，電機(jī)端電壓起動(dòng)值6.1KV。

3. 軟起動(dòng)裝置連續(xù)起動(dòng)間隔15分鐘，起動(dòng)時(shí)電機(jī)回路電流倍數(shù)2.44倍。

4. 軟起動(dòng)裝置自動(dòng)調(diào)整機(jī)端電壓，18000KW電機(jī)投全壓時(shí)，沒有切換沖擊電流，沒有切換過電壓。

3、效果分析

通過以上分析計(jì)算，采用該方案起動(dòng)電機(jī)時(shí)，可以使系統(tǒng)電流控制在電機(jī)額定電流的1.3倍以內(nèi)，電機(jī)起動(dòng)最大容量在電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行容量的1.3倍以內(nèi)，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)端電壓大于額定電壓的61%，10KV母線電壓控制在90.5%以上。這樣能完全滿足用方對(duì)電機(jī)起動(dòng)的要求。同時(shí)采用該方案實(shí)現(xiàn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生高次諧波電流，不會(huì)產(chǎn)生操作過電壓，沒有切換沖擊，也不會(huì)有異常振動(dòng)與噪聲，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成安全隱患。綜上所述采用固態(tài)降補(bǔ)裝置對(duì)該電機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)是一種比較合理的選擇。

隨著現(xiàn)在空分設(shè)備等級(jí)越做越大，其中的裝置設(shè)備的功率越來(lái)越大，需要的電動(dòng)機(jī)功率也越來(lái)越大，從原來(lái)的幾千千瓦到現(xiàn)在幾萬(wàn)千瓦，然而電網(wǎng)的功率不可能與電動(dòng)機(jī)的功率等比例發(fā)展，并且在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的電網(wǎng)功率相比與正常情況下還會(huì)稍小，在這種情況下，固態(tài)降補(bǔ)能夠很好的完成大電機(jī)的順利起動(dòng)，并且可以節(jié)約一定的成本，對(duì)用戶來(lái)說一種比較理想的選擇。

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