超大型電動機起動方法之比較

田晨

宋振洋②

詹雨橋①

田超③

（①黑龍江科技大學電氣與控制工程學院，哈爾濱150022；②齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司，齊齊哈爾161000；③內蒙古大學電子與信息工程學院，哈爾濱150022）

0 引言

伴隨著我國工業的不斷發展和進步，超大型電機的應用也隨之增加，解決超大型電機的啟動問題也顯得尤為重要。在通常情況下，10000kW～20000kW電機大多數使用減壓起動的方法。功率超過20000kW的超大型電動機，只能通過使用高壓變頻器方法進行軟啟動。目前市場上這種高壓變頻器價格很高，許多工廠為了節約資金通常不使用高壓變頻器，而直接采用獨立變壓器全壓起動。此種方法雖然節約了購買高壓變頻器的資金，但是全壓啟動對大型電機的危害也會增大。

1 電動機直接全壓起動的危害性及軟起動好處

1.1 對電網的影響 ①起動電流中含有大量的高次諧波，會與電網電路參數引起高頻諧振，這樣極容易導致自動控制故障、造成繼電保護誤動作等問題。②起動的大電流對電網的沖擊幾乎類似于三相短路對電網的沖擊，常常會引發功率振蕩，使電網失去穩定性。

1.2 使電機絕緣受損，影響電機壽命 ①全壓啟動產生的大電流致使導線釋放更多熱量；伴隨著大電流產生的機械力使導線間互相摩擦。這些情況都加速了導線外絕緣層的老化，縮短了絕緣層的使用壽命。②高壓開關合閘瞬間會產生觸頭的抖動現象，這會使電機定子繞組產生操作過電壓。

1.3 電動力對電機的傷害 全壓啟動產生的大電流能夠產生很大的沖擊力，這會對定子線圈及鼠籠條造成傷害，容易造成線圈變形、鼠籠條斷裂等故障。這些都嚴重影響了電機的使用。

1.4 對機械設備的傷害 全壓直接起動時的起動轉矩大約為額定轉矩的兩倍，這種大的力矩突然作用在靜止的機械設備上，極容易造成加速齒輪磨損甚至損壞、加速皮帶磨損甚至拉斷皮帶等故障。

當采用減壓起動時，能夠適當地減少上述的危害，而采用軟起動時，幾乎可以不產生上述危害并且這種獨立變壓器供電直接啟動電機的方式僅能夠適當減少電網電壓波動，而其它的危害和影響幾乎沒有減少。

在生產過程中，超大型電動機是設備的核心且此類電動機的價格昂貴。一旦其發生故障則會帶來巨大的經濟損失。因此，維護好超大型電動機是非常重要的。

2 幾種起動方法之比較

2.1 自耦變壓器減壓起動 此類方法大多數使用在10000～20000kW電機上，而高于20000kW的電機上幾乎不能使用。

起動時，自藕變壓器低壓側與電機相連接。因此自藕變一次電流較小，能在一定程度上減小線路壓降，減小對其它設備的影響。

但存在如下缺點：

①沖擊方面：在電動機起動時，電壓有2～3次切換，所以轉矩會有2～3次突變，這種突變會影響較精密的機械設備；在電氣方面，如果自藕變比較高則會對電網產生很大影響。②可靠性方面：由于會有大量電流伴隨切換的產生，這會在自耦變壓器繞組上產生感應過電壓。這種情況極易造成對繞組絕緣的破壞，降低使用壽命。

2.2 降補式減壓起動 所謂降補減壓起動方式就是傳統的自藕變壓器減壓起動，并在自藕變壓器的二次側增加了輸出容性電流的高壓電力電容器，它是為了解決小容量電網起動較大電機的情況，使電機起動時的感性電流較少地流入電網。但是該方法并不能減少電機本身的起動電流，起動電流對電機及負載的沖擊依然很大（比如在某例中，電機回路的起動電流為4.8Ie）。

采用電容器來減小流入電網的感性電流是眾所周知的方法，用于電動機的起動還存在下述幾個筆者所擔心的問題：

①電機起動時電流突變中的高次諧波會影響電容器的壽命。②電容器合閘時會產生很大的涌流，致使這種方法不適于頻繁起動。③起動過程中如因事故跳閘，則可能發生電機振蕩現象，嚴重危及機械設備的安全。④當電機起動接近結束時電流會下降，此時要及時切除電容器，否則會有過補償發生，這樣會使電壓波動率大大增加。

2.3 獨立變壓器供電直接全壓起動（T-D組） 以20000kW/10kV電機為例，當采用獨立變壓器供電方式時，一次系統如圖1所示。

圖1

T1為三繞組主變。10kV繞組給其它負荷供電；35kV繞組給T2-D供電。D的容量一般在T2容量的0.6倍左右。

如果電機D同時與其它負荷共網運行，則一次系統如圖2所示。主變可以使用雙繞組變壓器。

圖2

在耗損方面，T-D組起動方式較共網方式呈增加的態勢，當出現滿負荷的情況時，假設此時的鐵損等于銅損，就會得出下列的多耗能計算公式：

大型電機在工作時，通常情況下均為連續工作制，假設按0.5元/kWh計算，可以得出每年多耗電費

0.5 ×132.4×24×365=0.5×116=58（萬元）

可以得出當應用獨立變壓器方式進行電機供電時，就會出現一些大量的損耗，從節約的角度出發，只需要我們在共網運行時減少一個變壓器T2的使用，這樣就可以節省一部分的資金費用，其效益也是很可觀的。

2.4 采用靜止變頻器方式 用靜止變頻裝置做軟起動，其性能是當前軟起動方式中最好的，但是其輸出較大的動力矩大、額定電流內起動，常常會出現意想不到的故障。控制技術也相當復雜，一般技術工人很難應對，要有專業管理及維護人員。起動時間較長，特別在抽水蓄能機組應用時，起動時間甚至可達3～5分鐘，這對需要調峰填谷的蓄能電站作出快速響應是非常不利的。

2.5 開關變壓器式高壓電機軟起動裝置 在主導電路的元器件選擇上，對于所選的功率元件一定看好其容量，這樣就可以保證開關變壓器式高壓電機軟起動裝置能夠用來起動任何容量較大的電動機。

現在應用的軟起動的方式均為靜止變頻，這樣由于存在著高次諧波就會危及電機的使用性能。為了可以解決上述的問題，在軟起動裝置上采用了開關變壓器式高壓電機軟起動的方式。

3 開關變壓器軟起動裝置在某大型石化企業催化裂化裝置中的應用

3.1 12000kW高壓電機及負載相關參數 電機：額定功率12000kW，額定電流1322A，額定電壓6kV。（佳木斯電機廠生產）風機：AV-50系列軸流壓縮機。（陜西鼓風機集團有限公司）電網:變壓器—電動機組供電方式,20000kVA變壓器,電壓等級為35k V／6kV。

3.2 起動情況 2007年4月11日上午10：05分空載起動12000kw電機，最大起動電流3000A（為額定的2.27倍）、起動時間10.4秒、6kV母線電壓降15%。

2007年4月16日，輕載起動負載靜葉開度為22度，最大起動電流為2850A（為額定的2.16倍），起動時間為40s，6kV母線電網最大壓降為25%。

該裝置的成功運行標志著具有自主知識產權的新一代超大容量軟起動裝置的誕生，從此我們國人有了自己的超大容量電機的軟起動器。

4 結語

超大型高壓電動機在生產運行過程都屬于核心，且其價格昂貴。因此，很有必要對其進行保護。雖然軟起動裝置的工作時間很短，但其重要性卻不容忽視，應該引起工作人員及管理人員的高度重視。另外，從節能的角度分析，電機系統使用軟起動裝置可以替代獨立供電變壓器，具有很顯著的節能效果，在國人大力倡導節能減排的今天具有很實際的現實意義。

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