火電廠低壓大功率電動(dòng)機(jī)電路設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題分析

萬(wàn)白鴿

摘要：在火力發(fā)電廠中，75～200kW的低壓電機(jī)因電網(wǎng)容量較大，多采用全電壓直接啟動(dòng)。由于啟動(dòng)電流較大，對(duì)電機(jī)電路元件的選擇、保護(hù)的配置有更高的要求。文章以火電廠輸煤皮帶電機(jī)電路的設(shè)計(jì)問(wèn)題作標(biāo)準(zhǔn)，給出一種針對(duì)使用相同自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)的雙路電機(jī)的電纜選擇、一次電路形式、保護(hù)靈敏度與保護(hù)配置等方面的設(shè)計(jì)理念。

關(guān)鍵詞：火電廠；低壓大功率電機(jī)；電路設(shè)計(jì)；輸煤皮帶電機(jī)；雙路電機(jī) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM32 文章編號(hào)：1009-2374（2016）29-0021-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.009

1 問(wèn)題的提出

火電廠的輸煤系統(tǒng)使用75～200kW的電機(jī)，供電裝置380/220的母線包括了電力電纜、接觸器、自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)等，一般電纜短則幾十米，長(zhǎng)則幾百米。使用了單路和雙路兩種電機(jī)，也就是一臺(tái)自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)服務(wù)，通過(guò)動(dòng)力箱中的兩臺(tái)接觸器進(jìn)行控制，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和跳閘必須是同步的。筆者探討的是后者，有多個(gè)可行的設(shè)計(jì)方案。

設(shè)計(jì)過(guò)程中有這些問(wèn)題：（1）對(duì)于一次電路接線，動(dòng)力箱兩個(gè)電機(jī)選擇并接或者分列方式運(yùn)行？（2）在選擇電纜截面時(shí)，要遵循怎樣的原則？如何讓電壓損失符合相關(guān)要求？（3）如何既節(jié)省了投資，保護(hù)的靈敏度又得到保證？電動(dòng)機(jī)是用一套還是分別配置零序保護(hù)與電流速斷？上述問(wèn)題有廣泛的關(guān)聯(lián)性。

考慮到的短路電流并不大，只有幾千安，因此相比其他的問(wèn)題，電流速斷保護(hù)靈敏度最為重要。對(duì)保護(hù)配置、靈敏度校驗(yàn)、保護(hù)整定、電動(dòng)機(jī)容量與安裝距離、電纜截面與型式選擇、短路電流計(jì)算、一次電路方案進(jìn)行綜合考慮，這是本文的設(shè)計(jì)理念。在相同的計(jì)算式里找到理想的方案。

2 設(shè)計(jì)思想

2.1 電纜截面選擇

通常情況下，火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)用電負(fù)荷一般在5000h左右，電機(jī)電纜長(zhǎng)度超過(guò)20m，在確定電纜截面時(shí)要結(jié)合經(jīng)濟(jì)電流密度進(jìn)行考慮，確保持續(xù)允許電流、短路熱穩(wěn)定以及允許電壓損失要求全部得到保障。

2.1.1 按經(jīng)濟(jì)電流密度初選電纜截面。在確定截面時(shí)：

在計(jì)算出Sj后，接下來(lái)就要確定使用Sj差異比較小的標(biāo)準(zhǔn)截面。按照電纜的選擇使電流要求得到滿足，但別的要求得不到充分的保障，因此在某些情況下，要根據(jù)N次Sj選擇部分截面（N≥1）。

2.1.2 電壓損失校驗(yàn)。令S=Sj=Ig/j電壓損失的截面判別式，可得：

此時(shí)，做最壞的打算，選擇電纜芯在額定負(fù)荷下能夠接受上限溫度的電阻率。

可由式（2）得出，每臺(tái)電機(jī)電纜的選取由電機(jī)的N倍經(jīng)濟(jì)截面來(lái)取，可以允許L值的電壓損失要求得到滿足。

2.1.3 短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)。電纜熱穩(wěn)定截面的公式：

從式（1）得出：75～200kV電機(jī)經(jīng)濟(jì)截面為150～400mm2，最小截面（150mm2）同時(shí)能夠確保熱穩(wěn)定要求得到滿足，因此剩下的問(wèn)題在以下方案中予以

解決。

2.2 設(shè)計(jì)方案論證

2.2.1 保護(hù)整定及靈敏度。

第一，電流速斷保護(hù)。

電機(jī)配有一套保護(hù)：

式中：IDZ動(dòng)作電流；Kk可靠系數(shù)，本文取1.5；Iqd電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流。

靈敏度：KLm=I″（2）/IDZ（5）式中，載荷大于等于2。

第二，零序保護(hù)動(dòng)作電流idz0應(yīng)避免啟動(dòng)和不平衡電流，KLm按電動(dòng)機(jī)出口單相接地短路電流I″（1）校驗(yàn)，要求KLm≥1.5。一般情況下，零序保護(hù)KLm都能實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 短路電流計(jì)算。由有關(guān)的文獻(xiàn)所列原則、參數(shù)與計(jì)算公式作為依據(jù)，短路電流為電機(jī)出口短路時(shí)進(jìn)行計(jì)算得出的短路電流。由有關(guān)公式計(jì)算已知設(shè)備的總電阻R、電抗X和設(shè)計(jì)的電纜電阻R“與電抗X”，則有：

低壓（3×95）～（3×185）不同性能的單根電纜，單位長(zhǎng)度電纜的電阻，和截面相乘是一個(gè)常數(shù)，用Kr代表；單位長(zhǎng)度電纜的電抗也是常數(shù)，用Kx代表。將總速斷保護(hù)3和總開(kāi)關(guān)連在一起，根據(jù)式（4）得：

2.2.3 將KLm≥2，式（7）代入式（5），得：

方案1：電源箱沒(méi)有總線，2個(gè)電機(jī)分別運(yùn)行，選擇各電機(jī)電路的電纜，選擇N倍經(jīng)濟(jì)段，電纜長(zhǎng)度為

L。則：

將式（8）展開(kāi)，并將式（9）、式（10）代入兩邊乘n2，整理得：

式中，對(duì)方案1：A=1、B=2、H=1。因?yàn)镮ED=2ped，所以式（11）在電動(dòng)機(jī)容量確定的情況下，電纜截面以及諸多參數(shù)，對(duì)保護(hù)靈敏度的最大允許L值可由式（11）滿足。因?yàn)樯鲜龅耐普撌抢肐ED/J，如果實(shí)際選擇小于理論值，則式（11）和后類似的公式計(jì)算得L值過(guò)大，可適當(dāng)降低。

方案3：動(dòng)力箱中不安裝母排，兩個(gè)電機(jī)采取分列方式運(yùn)行。

方案4：在動(dòng)力箱中安裝母排，兩個(gè)電機(jī)采取并列方式運(yùn)行。

根據(jù)實(shí)例得出結(jié)論：在條件保持不變的情況下，方案1的特點(diǎn)是能夠在靈敏度得到保護(hù)的前提下，使用電纜最短L1。方案3需要電纜L3最長(zhǎng)，因此如果電動(dòng)機(jī)距離很遠(yuǎn)的話，可以選擇計(jì)劃3。滿足保護(hù)靈敏、電纜長(zhǎng)度和截面，同時(shí)能夠保障允許電壓損失的要求。

2.3 長(zhǎng)距離電機(jī)電路的建議方案

總開(kāi)關(guān)下口有速斷保護(hù)3，在電纜兩端安裝的速斷保護(hù)，在動(dòng)力箱設(shè)計(jì)母線和接觸器C3調(diào)整控制、保護(hù)接線，電機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)的前十幾秒，C3斷開(kāi)，保護(hù)3退出，投入保護(hù)1和2；電機(jī)即將啟動(dòng)時(shí)，C3閉合，保護(hù)3投入。對(duì)保護(hù)1、2、3進(jìn)行整定時(shí)，以躲過(guò)一臺(tái)電機(jī)Iq為依據(jù)，根據(jù)式（6）進(jìn)行計(jì)算。因此計(jì)劃只把KLm適當(dāng)減低，KLm≥1.5，保護(hù)3的功能在于防御啟動(dòng)后階段和工作狀態(tài)下的多相短路，其KLm≥2。

從保護(hù)3的角度來(lái)看，也能推導(dǎo)出類似式（11）在這種情況下，若采用這一方案，在選擇電纜時(shí)結(jié)合經(jīng)濟(jì)截面考慮的話，把這一方案中的A、B、H值代入式（11），可解得L′5和L″5。一般有L′5n″5，選擇n′5，它比方案3能夠接納的n值更小，并且電壓損失沒(méi)有超過(guò)可接受范圍。

通過(guò)上述分析，相比方案3，該方案在電纜方面所需的成本更低，盡管新增了保護(hù)和動(dòng)力箱成本，但整體來(lái)看還是有一定的成本優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文研究了火電廠雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的煤粉處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，滿足了組合設(shè)計(jì)要求。L值是經(jīng)濟(jì)截面取得的最大值，其計(jì)算由式（11）進(jìn)行，能夠作為依據(jù)提供給電機(jī)確定安裝地點(diǎn)的配電裝置。其原因是使電機(jī)電路的投資最少，已知容量和安裝位置的電機(jī)可以盡量減少經(jīng)濟(jì)橫截面的計(jì)算，決定方案的選擇。

只有Iqd=7Ied的單鼠籠電機(jī)對(duì)導(dǎo)出的公式適用，如果是雙鼠籠電動(dòng)機(jī)或深槽電動(dòng)機(jī)，則所有計(jì)算L式的末項(xiàng)及所有計(jì)算n式的首項(xiàng)將有變化（其Iqd約分別為5.5和4.5倍Ied）。很明顯，對(duì)廠用變壓器而言，采用兩種電機(jī)及短路阻抗百分?jǐn)?shù)較低者，可以使允許的L值得到提升，并且允許的N值可以變小，能夠減少投資，使設(shè)計(jì)的靈活性得到提高。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）