圓形堆取料機電壓壓降原因分析

摘要：基于萊蕪電廠圓形堆取料機項目，根據設備調試過程中出現電壓壓降過大的問題，結合中學物理知識，分析導致壓降的各種影響因素，針對各種影響因素，尋找減小電壓壓降的一些方法，提高設備性能。

關鍵詞：圓形堆取料機;壓降;方法

Abstact：Based on the project of circular stacker reclaimer in Laiwu Power Plant，according to the problem of excessive voltage drop in the process of equipment debugging，combined with the physics knowledge of middle school，this paper analyzed the various influencing factors of voltage drop，and aimed at various influencing factors，looked for some methods to reduce voltage drop，improve equipment performance..

Key words：Circular Stacker Reclaimer;Voltage Drop;Method;

1 引言

圓形堆取料機是一種集堆料功能和取料功能于一體的散料輸送裝備，廣泛用于火力發電廠、鋼廠，設備的功率通常在200-500 kW，主要的沖擊性、大功率負載有堆料皮帶電機、取料刮板電機，這些電機從啟動到穩定運行，通常需要十幾秒，而在這短短的十幾秒，進線動力電纜電壓會受到大功率設備啟動的影響，導致設備欠壓、不能正常啟動、經常性的出現跳閘;或是設備可以工作，但總處于低電壓運行狀態，影響設備的安全使用壽命。以上種種情況導致設備不能正常運行，給生產帶來不利影響。

2 圓形堆取料機概況

本項目圓形堆取料機的電源取自距離圓形煤倉約200米的高壓箱式變壓器，箱式變壓器的容量為800 kVA，箱式變壓器將6 kV的高壓電變為低壓380 V，然后通過長度約400米的銅芯電纜將動力電源送至圓形堆取料機電氣房的總斷路器，進線電纜的A＼B＼C三相每相均為4根95 mm?的單芯銅電纜并聯，皮帶電機與刮板電機可以同時運行，設備最大運行功率約為450 kW。圓形堆取料機的堆料臂有皮帶電機一臺，功率為55 kW，啟動方式為直接啟動;取料門架有刮板電機兩臺，單臺功率160 kW，啟動方式為軟啟動器啟動，其他機構功率都小于30 kW。

3 圓形堆取料機現場出現的問題

在調試期間，設備夜間工作時，在刮板機啟動的短短十幾秒鐘之內，能看到設備上照明投光燈亮度明顯降低，取料門架上的投光燈甚至直接熄滅;在皮帶機堆料工作時，啟動刮板機會導致正在堆料運行的皮帶電機跳停。正常情況下，380 V的動力回路，線路電壓損耗不超過本身電壓的5 %，即電壓降小于19 V，此時線路電壓不低于361 V，不會對驅動設備產生大的問題。經過現場測量，發現在刮板機啟動的時候，設備上的動力電源電壓約為336 V，電壓值已經低于皮帶電機正常運轉時的電壓要求，所以才會跳停。后通過現場一系列整改措施，解決了刮板機啟動時投光燈亮度降低和皮帶機跳停的問題，保證了設備的正常使用功能。

4 圓形堆取料機壓降原因分析

雖然現場出現的問題得到了妥善的處理，但是，為什么會出現電壓壓降？引起壓降的原因是什么？又該如何減小或者是避免壓降？在查閱了眾多資料后發現，引起電壓降的因素有很多，下面根據現場所收集到的資料進行分析。

根據中學物理可知，電機供電采用的銅芯電纜是存在電阻的，有電阻勢必會進行分壓，導致電機端電壓小于電源側電壓。忽略環境、溫度等其他因素，根據歐姆定律進行推算，可以得到如下結果：

首先，計算電流：I=P/（1.732×U×cosφ） （1）

其中：P表示功率，單位kW;U表示電壓，單位V;cosφ表示功率因數，取0.85.

然后，計算線路的電阻：R=ρ×L/S???? （2）

其中：ρ表示導體電阻率，單位Ω·mm?/m;L表示電纜長度，單位m;S表示電纜截面積，單位mm?;銅芯電纜的電阻率取0.0175 Ω·mm?/m。

最后，計算電壓壓降：ΔU=I×R????? （3）

所以ΔU=（P×ρ×L）/（1.732×U×cosφ×S）（4）

由以上推導公式可以看出：線路壓降和電機的功率、導體電阻率、供電電纜長度成正比，線路壓降和供電電壓、功率因數、供電電纜截面積成反比。

5 圓形堆取料機壓降解決方法

由推導出的電壓壓降計算公式可知，可以減小壓降的方法有：

5.1電纜長度越長，其電阻值越大，那么所帶來的的壓降也就越大。那么，如果在設計的時候，優化電纜敷設路徑，減小變壓器到電機之間的距離，這樣，進線動力電纜的長度就會變短，可以在一定程度上降低壓降。

5.2保證電機側電壓值，也可以減小壓降。圓形堆取料機正常運行的最大電流I=450÷（1.732×0.38×0.85）=804 A，由于動力電纜是四根相同電纜并聯，所以總電阻為單芯電纜電阻的四分之一，即R s=（0.0175×400÷95）÷4=0.0184 Ω，壓降ΔU=804×0.0184=14.8 V。一般來說，高壓變壓器會提供不同變比的抽頭供使用者選擇，本項目選擇的變壓器，分接頭有5檔，為±2×2.5%;通過調節變壓器輸入或者輸出側的分接頭，使變壓器的低壓側電源電壓接近400V，減去電纜電阻造成的壓降，保證最后到設備上的時候電壓不低于380V，相當于從進線電源上去減小壓降的影響。

5.3在適當的范圍內，增大供電電纜的截面積，截面積越大，相同長度電纜的電阻就越小，電纜電阻所分得的電壓也就越小，這樣就可以降低電纜本身電阻分壓造成的壓降影響。

6 增加外部控制設備也能減小壓降

6.1當然，還可以通過增加穩壓器來保證設備的穩定運行。穩壓器是使輸出電壓穩定的設備。穩壓器由調壓電路、控制電路、及伺服電機等組成。當輸入電壓或負載變化時，控制電路進行取樣、比較、放大，然后驅動伺服電機轉動，使調壓器碳刷的位置改變，通過自動調整線圈匝數比，從而保持輸出電壓的穩定。從它的工作原理可以看出，穩壓器可以用來調節設備啟動時的電壓，保證設備的電壓穩定。

6.2由現場資料可知本項目刮板電機采用軟啟動器啟動。使用軟啟動器啟動電機時，其晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網避免了諧波污染。所以，在設計皮帶電機時，可以通過增設軟啟動器來減小啟動時的壓降，減小對設備電壓穩定性的影響。

7 影響壓降的其他因素

當然，壓降也可能是電纜在安裝過程中或使用過程中，電纜受到外力破壞，導致絕緣層受損，但又不會立即造成短路的狀態，這種情況下電纜存在漏電流，所以線路電壓會降低，這就要求在施工時要注意保護好電纜;其次，電纜的電阻還與使用環境、環境溫度、安裝固定的方式有關。這些因素在設計過程中也應該被重視，尋找到一個平衡點，盡可能的減小其對線路電壓的干擾。

8 結語

通過以上分析發現，影響圓形堆取料機進線電壓壓降的主要因素有電纜本身的電阻、動力電纜的長度、變壓器輸出的電壓。在設計過程中，應該根據電機的大小選擇動力電纜，動力電纜載流量要有一定的富余量;其次，合理規劃電纜敷設路徑，縮短動力電纜的長度，保護好已經敷設好的電纜;然后，還可以選擇適合項目使用環境的的變壓器分接頭，保證線路的電壓;大功率的負載盡可能的選擇降壓啟動或者是變頻啟動，減小啟動電流;最后，還可以通過增加穩壓器等外部設備來降低或者避免壓降，保證設備的運行電壓穩定。在設計制造安裝過程中，綜合考慮各種影響因素，并合理運用相關方法，可以讓設備的性能得到更好的保障，讓設備更好的服務于運行生產。

參考文獻：

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[2] GB50055-2011.《通用用電設備配電設計規范》.2011

[3] 機械工業出版社.《電機及拖動基礎》（第4版）.2007

[4] 重慶大學出版社.《現代電氣控制技術》.2001

[5] 人民教育出版社.《物理選修3-1》.2013

作者簡介：

毛玉喜，1992年9月，男，河南新縣，助理工程師，大學本科。

（作者單位：華電曹妃甸重工裝備有限公司）