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電機啟動，負責基本安全的負載也在隨后投入到配電系統中。在投入過程中引起的配電系統電壓和頻率波動，根據規范要求，穩態電壓在－10%～6%之間波動，穩態頻率在－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，包括發電機的功率、電流、直軸瞬態電抗、直軸超瞬態電抗、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，在船內電氣負載投入的時候，需要根據發電機負荷狀態確認哪些機器可以正常投入。根據下列計算式，機器啟動時的發電機負載率選定超越90%的機器進行計算。

電氣設備啟動時發電機的負荷率：

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

2 計算實例

本文以大發工業株式會社的發電機引擎為例來說明投入電力的具體算法。首先發電機引擎型號為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）、進出港工況、裝卸貨作業工況、停泊工況。表1列出了各個工況下發電機使用的臺數和總功率（根據電力調查表做成）。

所謂負荷投入曲線，是指引擎制造廠家對于發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即滿足船級社的要求。

另外發電機負荷投入線，大發的型號有10%的余量，因此自動計算考慮它。還有，在表1內上述輸入結果是自動表示，要作為負荷投入圖表的基礎數據被使用。

表1 工況負荷表

表2中的數據，功率數、極數、額定電流、啟動電流、啟動功率因數、輸入功率數據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 電動機參數表

以主潤滑油泵電動機為例（以下數據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。其中有些數據來源于表2，啟動功率是計算生成，會根據啟動方式的不同而變化。

表3 主潤滑油泵電動機詳細參數

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情況。

表4 主潤滑油泵電動機在各個工況下的負荷因數

基本負荷＝總負荷－整定功率

峰值負荷因數＝（基本負荷＋啟動功率）／發電機功率×100%

基本負荷因數＝基本負荷／發電機功率×100%

啟動功率因數＝啟動功率／發電機功率×100%

整定后負荷因數＝（基本負荷＋整定功率）／發電機功率×100%

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

然后由表4中所記載的數據生成表5數據，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中數據，配合發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電機的負荷狀況，其橫豎坐標來源于表5。根據規范要求，所有工況的點都必須在負荷投入曲線以內，但在圖1中，B點的位置稍微超出了負荷投入曲線，根據要求，大發的發電機引擎有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，根據圖1的結果來驗證電動機啟動方式是否正確。

根據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，那么可以適當調整發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

以上就是如何根據電力投入負荷計算來確定發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電機容量選擇非常重要，設計人員在設計時不僅要經過大量的計算驗證，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，盡量減少可能出現的問題。

［1］日本海事協會.鋼船規則H篇 電氣設備［Z］.2015.