固態降補裝置在大電機啟動中的應用

趙懷

摘 要：減少污染排放，提高能源利用率，建設可持續發展的工業經濟是時代的主題。然隨著社會的發展，工業生產也在朝著高度模塊化前進，軟啟動技術的產生和發展對于工業生產高度模塊化所面臨的保護電網、電機安全起動運行、拖動負載等一系列問題的解決，具有重要的意義。本文詳細介紹了固態降補裝置在18000KW電機起動中的應用，突顯固態降補裝置的先進性、可靠性。

關 鍵 詞：大電機 軟起 固態降補裝置

中圖分類號：TM57 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

1、概 述

在武鋼集團鄂城鋼鐵有限責任公司35000m3/h等級空分裝置中空壓機電機功率為18000KW。該大功率電機在啟動的時候啟動電流非常大，并且會對電網造成相當大的沖擊，同時由于電機啟動時要消耗相當一部分的無功功率，因此對電網容量的要求也相對來說比較高。所以出于對電網安全以及保護設備的方面考慮，該電機的軟啟動方式的選擇也變得至關重要。目前，現在市場上針對大功率電機的啟動裝置主要有降壓、降補、變頻三大類軟啟動方式。降壓類設備主要有水電阻、開關變壓器、自耦變壓器等，這類降壓設備可以實現啟動電流為3倍左右，因而對電網容量的要求相對比較高。變頻起動可以實現啟動電流最小，一般為額定電流的0.5-1倍，并且對機器、設備及電網的沖擊也較小。但是變頻器成本太高，后期維護費用也比較大，因此對于資金相對來說比較緊張的企業不是一個很好的選擇。降補類既可以實現電機啟動電流相對較小，降低電動機起動引起的電網電壓波動，并且人為的控制起動產生的無功量，從而降低其沖擊強度，同時設備成本也不是太高，前期投資以及后期的維護費用也相對較少。空壓機電機屬于非頻繁啟動設備，啟動設備成本太高相對不劃算。通過綜合比較最終決定選擇固態降補裝置。這樣即可滿足用戶電網容量比較小實際情況，又可實現經濟效益最優化。下面詳細介紹固態降補裝置在該18000KW電機啟動中的應用。

2、技術方案

2.1原理

固態降補軟啟動器通過將電機起動電流和母線側電流有效分開，在滿足電機負載起動轉矩要求的前提下，通過調整起動裝置參數，使得電機起動時所消耗母線側電流盡可能的小。成功解決了以往降壓類啟動設備不能滿足電機啟動時候母線起動電流要求比較小而電機轉矩要求比較大的問題。

固態降補裝置簡單來說主要分為降壓和補償兩大功能塊。降壓部分采用降壓器，在滿足電機啟動轉矩的前提下盡可能的降低電動機的端電壓，從而降低電動機的起動電流。補償部分則是在電機端并聯一個無功發生器，該無功補償裝置能夠提供電動機起動過程中所需的足夠的無功功率，從而減少電機起動時候從電網索取的容量，進而降低電機起動時對電網電壓的不利影響。

2.2系統主回路及配置

由圖1可知，電機起動控制及運行共需1臺運行高壓開關柜、1臺軟起起動開關柜、1臺軟起連接開關柜、1套降補固態軟起動裝置（含1臺降壓器、1臺降壓控制器、1臺無功發生器、1臺無功控制器）。其中降壓器為三相一體油浸式結構，起動容量約為31MVA，配用電動機最大20MW。降補固態軟起動裝置的無功發生器為一體油浸式結構，提供最大無功容量為10Mvar。

2.3電機參數計算

2.3.1原始數據

①、電動機參數： ②、負載參數（已折算到電機端）

額定功率Pe 18000 kW 負載的轉動慣量J 22000 Kg.m2

額定轉速Ne 1500 r.p.m 靜阻力矩 5000 N.m

額定電壓Ue 10000 V 起動阻力矩 21000 N.m

額定電流Ie 1177A

起動電流倍數KI 4

起動轉矩倍數KM 0.48

最大轉矩倍數λ 1.73

飛輪轉動慣量J 1030 Kg.m2

③、電網參數：

10kV側短路容量為：Smax=300MVA， Smin=200MVA，額外負載按2000KVA算。

下面進行詳細計算。

2.3.2電動機起動過程電氣參數計算

1、電機起動阻抗 1.23Ω 2、等效起動電阻 0.12Ω

3、等效起動電抗 1.22Ω 4、電機額定轉矩 114600 N.m

5、電機全壓起動轉矩 55008 N.m 6、電機全壓最大轉矩 198258 N.m

7、額定轉差率 0 8、臨界轉差率 0

2.3.3電動機起動過程的機械特性計算

2.3.4方案確定

用方要求電機起動電流達到2.4倍額定電流，10KV母線負向電壓波動小于10%。根據電機廠家提供的出廠測試數據、特性曲線和阻力矩曲線圖，要想順利起動電機，必須使動力矩大于阻力矩。考慮起動所需的無功及起動時間的要求，采用降壓比為1/0.73，無功發生器可以發生最大無功10000kvar。

2.3.5起動時間的計算

計算所得起動時間（采用分段計算法）為47.1s。

2.3.6技術特性指標

1. 電機的10KV回路起動電流倍數為1.3倍電機額定電流，起動時間47.1秒。

2. 電機起動時電網壓降小于9.5%，電機端電壓起動值6.1KV。

3. 軟起動裝置連續起動間隔15分鐘，起動時電機回路電流倍數2.44倍。

4. 軟起動裝置自動調整機端電壓，18000KW電機投全壓時，沒有切換沖擊電流，沒有切換過電壓。

3、效果分析

通過以上分析計算，采用該方案起動電機時，可以使系統電流控制在電機額定電流的1.3倍以內，電機起動最大容量在電動機額定運行容量的1.3倍以內，電動機起動端電壓大于額定電壓的61%，10KV母線電壓控制在90.5%以上。這樣能完全滿足用方對電機起動的要求。同時采用該方案實現電機起動時，不會產生高次諧波電流，不會產生操作過電壓，沒有切換沖擊，也不會有異常振動與噪聲，不會對系統造成安全隱患。綜上所述采用固態降補裝置對該電機進行軟啟動是一種比較合理的選擇。

隨著現在空分設備等級越做越大，其中的裝置設備的功率越來越大，需要的電動機功率也越來越大，從原來的幾千千瓦到現在幾萬千瓦，然而電網的功率不可能與電動機的功率等比例發展，并且在一些偏遠地區的電網功率相比與正常情況下還會稍小，在這種情況下，固態降補能夠很好的完成大電機的順利起動，并且可以節約一定的成本，對用戶來說一種比較理想的選擇。

參考文獻：

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