6kV異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)實(shí)用計(jì)算(修改稿一)

1、大型異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式選擇劉劍峰中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司 甘肅 蘭州 730000【摘要】本文結(jié)合具體工程實(shí)例，介紹了輸水泵站35/6.3kV變電站主變壓器容量選擇，6kV異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)機(jī)、串電抗降壓?jiǎn)?dòng)及自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的計(jì)算過(guò)程【關(guān)鍵詞】6kV 異步電動(dòng)機(jī) 啟動(dòng) 計(jì)算1 大型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1.1 啟動(dòng)方式大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，對(duì)供電電網(wǎng)、被拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備的安全和電動(dòng)機(jī)本身均會(huì)產(chǎn)生較大影響。一般情況下，在電網(wǎng)容量、電動(dòng)機(jī)自身技術(shù)條件及機(jī)械設(shè)備許可的情況下，應(yīng)首選全壓直接啟動(dòng)方式，當(dāng)全壓?jiǎn)?dòng)條件不滿足時(shí)，可采用電抗器降壓?jiǎn)?dòng)、自藕變壓器降壓?jiǎn)?dòng)以及軟啟動(dòng)等方式。對(duì)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)還可

2、以采用轉(zhuǎn)子串電阻方式啟動(dòng)，對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)可以采用準(zhǔn)同步方式啟動(dòng)。1.2 啟動(dòng)條件決定大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的因素有三個(gè)：?jiǎn)?dòng)時(shí)的母線電壓、電動(dòng)機(jī)的定子端電壓、電動(dòng)機(jī)及生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)熱穩(wěn)定性。1.2.1 啟動(dòng)時(shí)的母線電壓電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，對(duì)電網(wǎng)造成的電壓降不能超過(guò)以下規(guī)定數(shù)值：1）一般要求：經(jīng)常啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，不大于10%，偶爾啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，不超過(guò)15%；2）在保證生產(chǎn)機(jī)械所要求的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩而又不致影響其他設(shè)備的正常工作時(shí)，其壓降可允許為20%或者更大一些。1.2.2 電動(dòng)機(jī)定子端電壓由于變壓器繞組阻抗的存在，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間，極大的啟動(dòng)電流可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)定子實(shí)際端電壓低于啟動(dòng)電壓，導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。1.2.3 電

3、動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)熱穩(wěn)定電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械應(yīng)能承受啟動(dòng)時(shí)的沖擊力，即應(yīng)滿足電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)穩(wěn)定要求。對(duì)于個(gè)別型號(hào)電動(dòng)機(jī)，還應(yīng)滿足制造廠規(guī)定的熱穩(wěn)定要求。 2 啟動(dòng)方式選擇 下面，結(jié)合具體的工程實(shí)例，介紹大型異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的選擇。2.1 工程概況：甘肅某大型國(guó)有冶金企業(yè)自備水源輸水泵站進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造。泵站原安裝有前蘇聯(lián)產(chǎn)水泵機(jī)組兩套，同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)額定電壓6kV，額定功率2700kW。泵組工作方式一用一備。泵站附設(shè)35/6.3kV戶外式變電所，35kV架空線路供電。變電所安裝SLJ-3150/35/6.3kV電力變壓器兩臺(tái)，一用一備。技改內(nèi)容包括：1） 更換新型高效水泵及拖動(dòng)電動(dòng)

4、機(jī)，在保障供水的同時(shí)，降低電能消耗。2） 更換新型節(jié)能變壓器并降低變壓器容量。3） 與上述工作相關(guān)的配套設(shè)施改造。改造后泵站供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下：圖一 改造后供電系統(tǒng)圖2.2 設(shè)備選型2.2.1 電動(dòng)機(jī)選型計(jì)算1）電動(dòng)機(jī)選型：工藝專(zhuān)業(yè)提供的水泵技術(shù)參數(shù)如下：流量 Q=3150m3/h=0.875m3/s揚(yáng)程 H=173m效率 p=0.815N：水泵軸功率 kW：液體密度 kg/m3p：水泵效率c：機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)效率，本工程電動(dòng)機(jī)與水泵采用聯(lián)軸器剛性連接，取值為1 d：電動(dòng)機(jī)效率 Pc：水泵機(jī)組計(jì)算有功功率 kW Pm：電動(dòng)機(jī)額定功率 kW k：裕量系數(shù)，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，本工程取值為1.05 經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)

5、濟(jì)比較，本次改造采用異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果并結(jié)合工藝專(zhuān)業(yè)提出的水泵轉(zhuǎn)速要求，水泵選型為Y6303-6。該型電機(jī)技術(shù)參數(shù)如下：額定功率Pnm=2000kW，額定電壓Unm=6kV，定子額定電流Inm=227A額定轉(zhuǎn)速nnm=993rpm電動(dòng)機(jī)效d =96.4%功率因數(shù)COS=0.88啟動(dòng)電流倍數(shù)（啟動(dòng)電流額定標(biāo)幺值）：KIst=Ist/Inm=5.75啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩額定標(biāo)幺值）：Kmst=Mst/Mnm=1.05最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（最大轉(zhuǎn)矩額定標(biāo)幺值）：Kmax=Mmax/Mnm=1.9 其中：Mnm：額定轉(zhuǎn)矩 Mst：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩 Mmax：最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=173kgm2另，

6、根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)提供的設(shè)計(jì)選型樣本，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=262.08kgm2。2）電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)參數(shù)計(jì)算： 式中 Snm：電動(dòng)機(jī)額定容量 MVA Ssm: 電動(dòng)機(jī)額定啟動(dòng)容量 MVA2.2.2 主變壓器選型計(jì)算： 式中 STN：主變壓器容量 kVA Pnm：電動(dòng)機(jī)額定功率 kW PM：照明等總電用電負(fù)荷 kW PZ：水泵軸功率 kW K1：電動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù) K2：照明同時(shí)系數(shù) K3：修正系數(shù)，本工程取1 n：同時(shí)工作水泵的數(shù)量，本工程取1根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，變壓器選型為：S11-2500/35/6.3kV，變壓器短路阻抗uk%=7。2.2.3 無(wú)功功率補(bǔ)償容量 考慮留有一定補(bǔ)償裕量，補(bǔ)償容量確定為120kv

7、ar。2.3 啟動(dòng)計(jì)算2.3.1 啟動(dòng)條件根據(jù)產(chǎn)品樣本，本工程所選型的異步電動(dòng)機(jī)及水泵的動(dòng)穩(wěn)定及熱穩(wěn)定性均可以滿足直接啟動(dòng)，因此將啟動(dòng)條件設(shè)定為：1）啟動(dòng)時(shí)6kV母線電壓水平不低于額定電壓的80%，即啟動(dòng)時(shí)母線電壓的額定標(biāo)幺值不小于0.8；2）電動(dòng)機(jī)定子端電壓滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求。2.3.2 母線短路容量：泵站35kV電源引自城市電網(wǎng)直接引入，按無(wú)限大電源系統(tǒng)供電計(jì)算。式中 Sbs：母線短路容量 MVA Sxtmin：供電變壓器一次側(cè)正序小方式短路容量 MVA xdx：主變壓器電抗相對(duì)值 uk%：主變壓器短路阻抗 Xdx=Ud%/100 2.3.3 全壓直接啟動(dòng)：根據(jù)泵站改造后系統(tǒng)結(jié)線及運(yùn)行方式，

8、繪制出水泵機(jī)組全壓直接啟動(dòng)計(jì)算電路圖，見(jiàn)下圖：圖二 全壓直接啟動(dòng)計(jì)算電路圖1） 全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)6kV母線實(shí)際電壓計(jì)算：式中 Ss：?jiǎn)?dòng)回路的額定輸入容量 MVA usb：?jiǎn)?dòng)時(shí)母線電壓百分?jǐn)?shù)（額定標(biāo)幺值），即 Usb:啟動(dòng)時(shí)母線實(shí)際電壓值 kV Ub：母線額定電壓 kV Xxl：電動(dòng)機(jī)供電線路電抗值在上述計(jì)算中，因電動(dòng)機(jī)供電電纜距離很短，故此忽略Xxl。2） 啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)定子端電壓計(jì)算：式中 usm：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的端子電壓相對(duì)值（額定標(biāo)幺值），即 Usm：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的端子電壓 kV Unm：電動(dòng)機(jī)的額定電壓 kV3） 啟動(dòng)電流：式中 Ism；電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流 kA Is：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)回路的輸

9、入電流 kA4） 電動(dòng)機(jī)端子電壓水平校驗(yàn)：如滿足如下校驗(yàn)公式，即滿足電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求：式中 Mpj：水泵靜阻轉(zhuǎn)矩額定標(biāo)幺值，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，該值取為0.35）結(jié)論：全壓直接啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足要求，但母線電壓水平不滿足設(shè)定要求。2.3.4 串電抗降壓?jiǎn)?dòng)：根據(jù)泵站改造后系統(tǒng)結(jié)線及運(yùn)行方式，繪制出水泵機(jī)組串電抗降壓?jiǎn)?dòng)計(jì)算電路圖，見(jiàn)下圖：圖三 串電抗降壓?jiǎn)?dòng)計(jì)算電路圖1）電抗器降壓?jiǎn)?dòng)可行性校驗(yàn)校驗(yàn)如滿足如下校驗(yàn)公式，則串電抗降壓?jiǎn)?dòng)可以滿足設(shè)定的啟動(dòng)條件：校驗(yàn)計(jì)算： 2）結(jié)論：校驗(yàn)結(jié)果顯示，水泵機(jī)組串電抗教降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)仍不滿足設(shè)定的啟動(dòng)條件，降壓?jiǎn)?dòng)不可行。2.3.5 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)根據(jù)

10、泵站改造后系統(tǒng)結(jié)線及運(yùn)行方式，繪制出水泵機(jī)組串電抗降壓?jiǎn)?dòng)計(jì)算電路圖，見(jiàn)下圖：圖四 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)計(jì)算電路圖1）電抗器降壓?jiǎn)?dòng)可行性校驗(yàn)校驗(yàn)如滿足如下校驗(yàn)公式，則子偶變壓器降壓?jiǎn)?dòng)可以滿足設(shè)定的啟動(dòng)條件：校驗(yàn)計(jì)算：滿足啟動(dòng)條件，自耦變壓器啟動(dòng)方式可行。2） 自耦變壓器變比選擇： 式中 k：自耦變壓器變比 uqm:電動(dòng)機(jī)額定啟動(dòng)電壓相對(duì)值（額定標(biāo)幺值），本工程所選電動(dòng)機(jī)可以全壓直接啟動(dòng)，故此取值為1根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇變比為0.73的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)用油浸自冷式三相自耦變壓器。3） 自耦變壓器啟動(dòng)時(shí)6kV母線實(shí)際電壓水平：4） 啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)定子端電壓計(jì)算：5） 啟動(dòng)電流：6） 啟動(dòng)一次的啟動(dòng)時(shí)間7）

11、自耦變壓器容量選擇a)必須的子偶變壓器容量 b)電壓降低后所需自耦變壓器容量c)自耦變壓器容量確定： 根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)，自耦變壓器容量最終選擇為0.85MVA。8）結(jié)論： 水泵機(jī)組采用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，6kV母線電壓水平達(dá)到額定電壓的78%，基本接近設(shè)定的啟動(dòng)條件，自耦變壓器啟動(dòng)方式可行。3 結(jié)束語(yǔ)本文結(jié)合具體工程實(shí)例，詳細(xì)介紹了6kV高壓異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式選擇的計(jì)算過(guò)程。全壓?jiǎn)?dòng)、串電抗器降壓?jiǎn)?dòng)機(jī)自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)是異步電動(dòng)機(jī)三種最傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式，雖然目前新型的軟啟動(dòng)方式已漸成普及之勢(shì)，但上述三種傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式憑借其技術(shù)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、維護(hù)成本低的優(yōu)勢(shì)，仍在相當(dāng)范圍內(nèi)使用，尤其是在一些技改項(xiàng)目中。撰寫(xiě)本文的目的，一方面是對(duì)已完成工程設(shè)計(jì)的一個(gè)技術(shù)總結(jié)，另一方面是想較為全面的介紹一