冶金工廠高壓電動機的幾種起動方式比較

高貴軍，高輝

（鞍鋼集團工程技術有限公司電氣自動化室，遼寧鞍山114001）

供用電

冶金工廠高壓電動機的幾種起動方式比較

高貴軍，高輝

（鞍鋼集團工程技術有限公司電氣自動化室，遼寧鞍山114001）

伴隨著經濟的快速發展，冶金、礦山等產業規模也不斷的壯大，而大功率高壓電動機在工業生產中所占的比例也越來越大，能否成功地保證高壓電動機起動和可靠運行就顯得十分重要，直接關系到企業的經濟效益。文章以某鋼廠為樣本，分析比較了高壓電動機常用的幾種起動方式。

高壓電動機；全壓起動；電抗器降壓起動；軟起動

1 引言

電動機是將電能轉換成機械能的轉換裝置，是工礦企業、交通運輸等廣泛采用的一種動力機械，隨著工業生產的迅速發展，其生產設備的驅動電機功率也越來越大，能否保證其安全、可靠的運行直接關系到工礦企業產品生產的連續性及其經濟效益，所以合理正確地選擇高壓電動機起動方式就顯得格外重要。

2 電動機起動的基本要求[1]

電動機起動時，其端子電壓應能保證所拖動的機械要求的起動轉矩，且在配電系統中引起的電壓波動不應妨礙其他用電設備的工作。為此，交流電動機起動時，各級配電母線上的電壓應符合下列要求：

（1）一般情況下，電動機頻繁起動時，不宜低于額定電壓的90%，電動機不頻繁起動時，不宜低于額定電壓的85%。

（2）配電母線上未接照明或其他對電壓波動較敏感的負荷，且電動機不頻繁起動時，不應低于額定電壓的80%。

（3）配電母線上未接其他用電設備時，可按保證電動機起動轉矩的條件決定；對于低壓電動機，尚應保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。

3 工程概況

某鋼廠異地搬遷新建制氧系統，空壓機及起動設備利舊，氧壓機及氮壓機新建，三種電機相關參數如表1所示。

表1 主電機參數

3臺主電機電源均取自新建10 kV供配電系統，10 kV系統母線短路容量約為364 MVA，設計并校驗主電機起動方式。

4 電動機起動方式的選擇

4.1 氮壓機——全壓起動

校驗電動機起動時母線電壓是否符合要求：

電動機額定容量：

電動機額定起動容量：

起動回路的額定輸入容量（Xl線路距離短，電抗忽略）：

電動機起動時母線電壓相對值：

式中，Skm——10 kV母線短路容量，364 MVA，

Qfh——欲接負荷的無功功率，4.7 Mvar。

帶入上述數據，求得ustm=0.95≥0.9，起動時母線電壓符合要求。

籠型電動機和同步電動機符合下列條件時，電動機應全壓起動：

（1）電動機起動時，配電母線的電壓應符合電動機起動的基本要求；

（2）機械能承受電動機全壓起動時的沖擊轉矩；（3）制造廠對電動機的起動方式無特殊規定。本工程氮壓機符合上述所有條件，故采用全壓直接起動。

另外，還可以按電源容量估算電動機是否允許直接起動[2]，如表2所示。

表2 按電源容量估算的允許全壓起動的電動機最大功率

綜上所述，只要電網容量足夠大，且符合規定的條件，電動機就應采用全壓起動。

4.2 空壓機——定子繞組串電抗器降壓起動

校驗電動機起動時母線電壓是否符合要求：

電動機額定容量：

電動機額定起動容量：

直接起動時起動回路的額定輸入容量（Xl線路電抗忽略）：

直接起動時母線電壓相對值：

式中，Skm——10 kV母線短路容量，364 MVA，

Qfh——欲接負荷的無功功率，4.7Mvar。

帶入上述數據，求得ustm1=0.89，直接起動時母線電壓基本處于臨界狀態。

考慮仍利舊原有空壓機起動電抗器，對母線電壓進行計算校驗，看是否滿足要求。

每相電抗器額定電抗Xr為0.866 Ω。

起動回路的額定輸入容量：

電動機起動時母線電壓相對值：

電動機起動時端子電壓相對值：

由于電動機的起動轉矩與起動時其定子繞組電壓平方成正比，故要求電動機起動時端子電壓應能保證傳動機械要求的起動轉矩，即要求

根據電機資料，電動機傳動機械的靜阻轉矩相對值Mj為0.3，電動機起動轉矩相對值MstM為0.8，帶入上式中求得

根據上述計算結果，電機串電抗器起動時配電母線電壓降符合要求，電動機起動轉矩亦符合要求，故本空壓機仍采用電動機定子繞組串電抗器降壓起動。

在電動機定子繞組串電抗器起動時，起動電流成比例減小，而起動轉矩則成平方關系減小，因此，電抗器阻值的選擇必須滿足電動機起動時端子電壓應能保證機械所需的起動轉矩的條件，只有電動機

在電動機定子繞組串電抗器起動時，起動電流成比例減小，而起動轉矩則成平方關系減小，因此，電抗器阻值的選擇必須滿足電動機起動時端子電壓應能保證機械所需的起動轉矩的條件，只有電動機起動轉矩大于機械所需的起動轉矩，電動機才能順利起動。

如果其參數選擇不當，則電動機不能正常起動，引起繼電保護誤動，或起動時間過長電機發熱，甚至燒毀電抗器。

空壓機定子繞組串電抗器起動一次系統圖，如圖1所示。

圖1 電動機串電抗器降壓起動一次系統圖

圖2 電動機軟啟動一次系統圖

4.3 氧壓機——軟啟動

校驗電動機起動時母線電壓是否符合要求：

電動機額定容量：

電動機額定起動容量：

起動回路的額定輸入容量（Xl線路電抗忽略）：

電動機起動時母線電壓相對值：

式中，Skm——10 kV母線短路容量，364 MVA，

Qfh——欲接負荷的無功功率，4.7 Mvar。

帶入上述數據，求得ustm=0.9，起動時母線電壓基本處于臨界狀態。

為保證母線電壓降符合要求及起動安全可靠，考慮采用軟啟動器進行降壓起動，如圖2所示。

軟啟動器是用多個可控硅串并聯而成，可以滿足不同的電流及電壓要求，控制可控硅的觸發角就可以控制輸出電壓的大小。

在電動機起動過程中，軟啟動器按照預先設定的起動曲線增加電動機的端電壓使電動機平滑加速，從而減少了電動機起動時對電網、電機本身、相連設備的電氣及機械沖擊，使電機平穩起動。當電動機達到額定轉速后，旁路接觸器接通，電動機正常運行。當電動機起動完畢后，軟啟動器繼續監控電機并提供各種故障保護。

軟啟動器主要組成部分：

（1）主功率回路：主要由高壓可控硅串聯閥組和旁路接觸器組成。當軟啟動器得電后，通過控制可控硅的導通角以實現對交流三相電源進行斬波、控制輸出電壓的幅值。并在起動過程完成后將旁路接觸器閉合，軟啟動器切換到旁路狀態，同時關閉可控硅。

（2）控制和保護電路：控制和保護電路是軟啟動器的核心部分，通過閉環控制可控硅的導通角的大小，從而完成對電機的起動和停車的控制。同時完成軟啟動器的狀態監測、故障診斷與保護等功能。

（3）人機界面單元：主要由液晶面板、鍵盤及上位遠程軟件組成，用以實現相關的參數設置、起動方式的選擇及顯示設備運行方式等。

軟啟動器能夠提供多種起動方式：

（1）標準軟起動

該起動方式可以有效減少起動轉矩沖擊，可以提供無級平滑的起動加速度。根據需要設定起動轉矩，軟啟動器便根據堵轉轉矩和起動時間確定的斜率線性控制輸出電壓。

（2）限流軟起動

對于要求限制電機加速過程中的電流沖擊的場合，起動電流可設定為電機滿載電流的3～5倍，限制時間為0～30 s。在限流起動的過程中，軟啟動器一旦檢測到電機達到全速，輸出電壓將達到全壓，旁路接觸器將閉合。

（3）雙斜坡起動

雙斜坡起動方式能夠在兩種不同斜率的起動曲線之間進行選擇，可以分別地調整斜坡時間和初始起動轉矩。

（4）全壓起動

在全壓起動方式下，軟啟動器相當于固態接觸器，電機受到全額的沖擊電流。

4.4 其他幾種高壓電動機的起動方式

除了上述介紹的幾種起動方式之外，還有采用自耦變壓器降壓起動、水電阻軟起動裝置起動、變頻器起動及變壓器電動機組起動等。采用自耦變壓器降壓起動時，起動電壓、起動電流及起動轉矩與串電抗器降壓起動原理相同；采用水電阻裝置起動時，起動性能較好，但裝置的體積大，控制復雜且維護相對繁瑣，同時受到電動機功率的限制，在大功率高壓電動機起動中應用較少；采用變頻器起動時對電網的沖擊很小，起動性能好，但費用相對較高，一般應用于需要調速變負載運行的風機和泵類機械及大容量電動鼓風機等；變壓器電動機組適用于用戶單位內無高壓電動機所需等級的電壓母線，或者相同電壓等級的母線容量不能滿足電動機起動要求時，這時可考慮采用一臺變壓器單獨給電動機供電，這臺變壓器既作為供電變壓器又作為起動變壓器。

5 結束語

綜合分析比較各種高壓電動機的起動方案，電動機應優先考慮全壓起動，全壓起動是最簡單、最經濟、最可靠的起動方式，只要符合規定的條件，就應該優先采用。當不能滿足全壓起動條件或工藝上有調速等特殊要求時，才應考慮采用軟啟動、變頻等降壓起動方法進行電動機的降壓起動。

[1]任元會.工業與民用配電設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]鮑德芝.鋼鐵企業電力設計手冊[M].北京：冶金工業出版社，1996.

A Comparison of the Start-up Modes of High-voltage Motors in Metallurgical Works

GAO Guijun，GAO Hui
(The Engineering Technology Co.,Ltd.of Anshan Iron&Steel Group,Anshan,Liaoning 114001,China)

With the rapid development of economy,the scales of metallurgical and mining industries has been continuously growing and more and more high power high-voltage motors have been used in industrial production,therefore it becomes very important and directly related to the economic performance of the enterprises to ensure the starting and reliable operation of these high-voltage motors.Taking some steelmaking plant as an example,the article comparatively analyzes several common starting modes of high-voltage motors.

high-voltage motor;full voltage start-up;reactor reduced-voltage start-up; soft start-up

TM3

B

1006-6764(2014)06-0001-03

2014－01－20

高貴軍（1981－），男，2004年畢業于遼寧工程技術大學，大學本科學歷，工程師，現從事電氣工程及其自動化技術研究工作。