菲律賓Therma South 熱電廠輸煤系統(tǒng)電動機啟動壓降分析

楊艷景，張莉莉，凌端強，常立勇

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

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菲律賓Therma South 熱電廠輸煤系統(tǒng)電動機啟動壓降分析

楊艷景1，張莉莉2，凌端強3，常立勇1

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

以菲律賓Therma South項目為基礎，對電廠輸煤系統(tǒng)設計-采購-施工(EPC)項目中常用低壓籠型感應電動機的全壓啟動電壓降進行了分析，并針對不同變壓器容量和不同供電距離，給出了各電動機的啟動數據，形成主流電動機啟動速查計算數據，對項目設計中的電動機啟動校驗具有指導意義，工程實際應用效果顯著。

熱電廠；輸煤系統(tǒng)；EPC；全壓啟動；電壓降；電動機

1　項目背景

菲律賓Therma South熱電廠位于菲律賓南部棉蘭老島達沃市，為2×150 MW機組，此項目由華電重工股份有限公司作為電廠輸煤系統(tǒng)設計-采購-施工(EPC)承包方，項目包含7條帶式輸送機，1臺圓倉堆取料機，一期皮帶總長1.3 km。項目總包方為美國Black & Veatch Corporation，業(yè)主為Therma South Inc.。2014年初集港發(fā)貨完畢(FOB)，2015年1月完成第1次重載調試，后期運行穩(wěn)定。其中，帶式輸送機電動機為籠型感應電動機，包括3臺90 kW，1臺110 kW，2臺45 kW電動機及1臺中壓電動機。

本文以此項目實際數據為基礎并拓展開來，以期形成針對不同變壓器、不同供電距離下各等級容量電動機是否能夠全壓啟動的參考數據，完善一直以來低壓電動機全壓啟動判據的缺失，方便電氣設計人員快速、準確定位，提高工程設計實際應用效果。

2　研究現狀

帶式輸送系統(tǒng)以其低成本、大運量、長距離、高帶速等優(yōu)點，已成為當前散狀物料輸送的主要方式[1]。A. Roberts等早在1983年就提出：當運輸距離小于50 km時，采用帶式輸送機進行散料輸送具有最好的經濟性[2]。目前，在煤炭、冶金、水泥、電力、港口、化工等行業(yè)中，帶式輸送機進行散狀物料輸送已被廣泛應用。

2.1散料輸送系統(tǒng)電氣設計中電動機啟動存在2個誤區(qū)

(1)啟動條件嚴酷時減壓啟動。減壓啟動包括電抗器減壓啟動、自耦變壓器減壓啟動、星-三角減壓啟動及變壓器-電動機組減壓啟動。減壓啟動電流小，啟動轉矩也小，啟動時間延長，啟動電氣復雜。

眾所周知，籠型電動機的啟動轉矩與其端子電壓的平方成正比[3]，這就意味著如果降壓啟動,同等條件下會導致啟動更加困難,甚至啟動失敗。所以，越是在啟動條件嚴酷的時候,越應該優(yōu)先采取全電壓啟動，特別是在輸煤系統(tǒng)大多數電動機需要重載啟動的情況下,更是如此。

(2)簡單按照電動機容量等級來規(guī)定多大的電動機應減壓啟動。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，導致不同容量的電動機在不同情況下的電壓降也是不同的，故不能僅僅通過電動機容量來簡單確定是否降壓啟動。

2.2研究現狀

實際項目中，籠型異步電動機全電壓啟動以其啟動轉矩大、結構簡單、維修方便、造價低等優(yōu)勢占有很高比重。但一直以來，由于上述認識誤區(qū)，缺乏系統(tǒng)、全面的實際應用計算數據，特別是一些遠距離供電情況下大電動機的啟動判斷缺乏計算支撐，導致盲目采用其他啟動方式，增加不必要的成本，延長了啟動時間，造成經濟損失。

在文獻[4]中，只討論了供電距離100 m的情況，實際工程中，供電距離往往在200 m以上，少數甚至超過300 m，而遠距離供電情況下電動機能否啟動才是最需要研究的；只討論了3種功率的電動機，不具備普遍性，而且部分參數如變壓器一次側短路容量直接按100 MV·A考慮，對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電動機啟動所需條件

(1)啟動時配電母線上的電壓應符合下列要求：1)電動機頻繁啟動時，不應低于系統(tǒng)標稱電壓的90%；不頻繁啟動時，不宜低于標稱電壓的85%；2)配電母線上未接照明負荷或其他對電壓下降敏感的負荷且電動機不頻繁啟動時，不應低于標稱電壓的80%；3)配電母線上未接其他用電設備時，可按保證電動機啟動轉矩的條件決定；對于低壓電動機，還應保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。

(2)啟動時電動機端子電壓應能保證傳動機械要求的啟動轉矩，即

(1)

式中：ustM為啟動時電動機端子電壓相對值；MstM為電動機啟動轉矩相對值；Mj為電動機傳動機械的靜阻轉矩相對值。

企業(yè)與外部利益相關者的和諧體現于信任機制的建立。因為在企業(yè)與外部利益相關者的互動過程中，企業(yè)影響力的大小取決于企業(yè)在外部系統(tǒng)中的權重，也就是企業(yè)在整個外部系統(tǒng)中的地位問題。在整個外部系統(tǒng)的產業(yè)鏈中，企業(yè)與長期合作者的關系應該建立在互相信任的基礎上，這樣可以最小化交易成本，降低企業(yè)的成本和費用，并最大化企業(yè)的利潤。同時減小系統(tǒng)中強勢成員對弱勢成員利益的侵害，從而達到系統(tǒng)的共同繁榮。

3　電動機啟動壓降計算

3.1系統(tǒng)參數設置

本文數據依照菲律賓Therma South項目，在此基礎上增加了75 kW和132 kW 2個容量等級的電動機——此二者也為輸煤系統(tǒng)中常用等級低壓電動機，并增加了各容量電動機在不同變壓器容量和不同供電距離下的啟動電壓降數據。

電動機采用某合資品牌主流機型參數，其在實際項目中應用廣泛，具有普遍參考性。為使工程設計具有普遍適用性，額定電壓取0.38 kV。電動機供電電纜電壓降按照3%Un考慮。

變壓器一次側短路容量：按照實際項目中低壓側母線最大短路電流50 kA考慮，通過計算并考慮1 600 kV·A以上變壓器本身阻抗較小，對應母線最大短路電流的一次側短路容量較大，接近200 MV·A；而對于小容量變壓器來說，稍大一點的高壓側短路容量對低壓側母線短路容量影響不大，故取200 MV·A。

3.2計算公式

母線電壓相對值

(2)

電動機端子電壓相對值

(3)

(4)

式中：Skm為母線短路容量，MV·A；Qfh為預接負荷的無功功率，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為電動機額定容量，MV·A；Sst為電動機啟動時啟動回路的額定輸入容量，MV·A；SstM為電動機額定啟動容量，MV·A，其值為kstSrM，其中kst為電動機額定啟動電流倍數(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值；SK為供電變壓器一次側短路容量，MV·A。

3.3計算結果

表1～5分別為45,75,90,110,132 kW常用容量等級電動機在不同變壓器容量、不同供電距離情況下的啟動電壓降計算結果。表中：SrT為供電變壓器額定容量；uT為變壓器阻抗電壓相對值；Qfh為預接負荷無功功率；Skm為母線短路容量；PrM為電動機有功功率；SrM為電動機額定容量；YJV 3×為電機配電電纜規(guī)格；L為電纜長度；X1為線路阻抗；ustm為母線電壓相對值；ustM為電機端子電壓相對值；表格最后一列顯示為該情況下電動機啟動的電壓降是否滿足要求，Y表示滿足要求，可以全壓啟動，N表示不滿足要求。

表1　45 kW電動機在不同容量變壓器及不同供電距離下的啟動數據

續(xù)表

注：uT=0.06，PrM=45 kW,SrM=52.941 2 kV·A,電機啟動所需端子電壓相對值為0.796 6。

表2　75 kW電動機在不同容量變壓器及不同供電距離下的啟動數據

注：uT=0.06，PrM=75 kW,SrM=88.235 3 kV·A ,電機啟動所需端子電壓相對值為0.812 4。

表3　90 kW電動機在不同容量變壓器及不同供電距離下的啟動數據

續(xù)表

注：uT=0.06，PrM=90 kW,SrM=105.880 0 kV·A,電機啟動所需端子電壓相對值為0.812 4。

表4　110 kW電動機在不同容量變壓器及不同供電距離下的啟動數據

注：uT=0.06，PrM=100 kW,SrM=129.410 0 kV·A,電機啟動所需端子電壓相對值為0.812 4。

表5　132 kW電動機在不同容量變壓器及不同供電距離下的啟動數據

注：uT=0.06，PrM=132 kW,SrM=155.290 0 kV·A,電機啟動所需端子電壓相對值為0.796 6。

4　工程應用說明

(1)對于100 m以內的供電距離，輸煤系統(tǒng)上述常用容量等級的低壓電動機在電纜正確選型情況下基本可滿足全電壓啟動。

(2)對于200 m以上的供電距離，則和變壓器容量、電纜型號、電動機功率等因素有關，需要注意校驗啟動電壓降。相關數據在對應數據表中可直接查找。

(3)某些長距離供電的較大容量電動機，啟動不滿足時，增大供電電纜的規(guī)格有時也可以全電壓啟動。但此法是以犧牲經濟性為條件的，應理性選擇。

(4)實際工程中，常見問題是未校驗斷路器的靈敏度。電動機全壓啟動時，斷路器的瞬時過電流脫扣整定電流應能躲開啟動時的峰值電流，而又滿足靈敏度要求[5]。具體應按照下式整定：

瞬時過電流脫扣整定值

(5)

靈敏度系數

(6)

式中：IMst為電動機啟動電流；Idmin為線路末端接地故障電流。

5　結束語

電動機的啟動涉及電動機本身的許多參數，與電動機的制造形式和工藝關系密切。如果是特殊的感應電動機，具體的啟動參數應該按照實際計算去檢驗，而不能完全把上述數據作為判斷能否全壓啟動的依據。另外，變壓器高壓側的短路容量這一數據取值，目前并沒有一致結論，實際上應該以系統(tǒng)實際的短路計算結果為依據。文中的取值及計算，對于一般輸煤系統(tǒng)工程來說，大多數適用。經過實際項目運行，驗證了其工程實用性。

[1]宋偉剛，戰(zhàn)欣，王元元，等.大型帶式輸送機驅動裝置的比較研究[J].工程設計學報，2004(12)：301-311.

[2]SINGH M P, ELLIOT T M. Maximizing the performance and economics of complex belt conveyors through integrated design[J].Bulk solid handling,1995,15(2):239-244.

[3]中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院.工業(yè)與民用配電設計手冊[M]. 3版. 北京：中國電力出版社，2005.

[4]裴雷，樊燁.電動機全壓啟動的討論及計算[J].電氣應用，2014，33(16)：28-31.

[5]胡忠魁.淺議電動機的啟動方式及其線路保護開關的選擇[C]//河南省土木建筑學會.河南省土木建筑學會2010年學術研討會論文集，2010.

(本文責編：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，工學碩士，從事散料輸送系統(tǒng)電氣設計、電力系統(tǒng)繼電保護、電力系統(tǒng)微機監(jiān)控等方面的工作(E-mail:yang6315738yan@126.com)。