kW、kV大容量同步電動機起動技術

10000kW、6kV大容量同步電動機起動技術研究

濟鋼鋼某氣體有限限公司150000m3/h制氧機組是是九三年投產產的前蘇聯產產品，配套主主電機為俄羅羅斯產的6kV、100000kW同步電動機機，采用烏克克蘭產的勵磁磁裝置和交直直交大功率變變頻起動裝置置進行起動，自自投運以來，隨隨著控制系統統模擬元器件件的不斷老化化，備品備件件無從采購（原原廠家已采用用數字控制技技術），變頻頻起動裝置多多次出現故障障和起動困難難，有時起動動時間高達10多小時，嚴嚴重影響了制制氧機的生產產，同時也使使全濟鋼總公公司的鋼鐵生生產陷入被動動，主電機起起動困難的問問題成為影響響總公司生產產的重大隱患患，對該變頻頻系統進行改改造勢在必行行。

首先我們考考慮到新上一一套先進的具具有數字化控控制系統的大大功率變頻起起動裝置，但但受投資、場場地、工期等等諸多問題的的限制，該方方案無法實現現。如果采用用在保持電氣氣主回路的基基礎上，只對對變頻起動系系統的模擬元元件控制單元元進行數字化化改造，則需需要半年的設設計、生產時時間，3個多月的停停產改造調試試時間以及160多萬的資金金，而濟鋼總總公司目前的的生產形勢根根本不允許150000m3/h制氧機有一一天的停產機機會，該方案案也不可行。最最后，我們在在考察了諸多多起動裝置的的基礎上，將將眼光放在了了最近幾年發(fā)發(fā)展起來的“液態(tài)軟起動動技術”上，盡管濟濟鋼某氣體有有限公司已成成功地應用液液態(tài)軟起動裝裝置起動過3800kkW、10kV異步電動機機，有一定的的經驗，但是是要用液態(tài)軟軟起動裝置起起動100000kW、6kV、額定電流1097A的大電流高高壓同步電動動機在國內以以及世界上還還沒有先例。但但由于液態(tài)軟軟起動裝置具具有施工周期期短、調試簡簡單、運行維維護方便等許許多優(yōu)點，且且利用該設備備進行改造非非常符合我公公司的生產實實際情況，因因此我公司決決定對追日電電氣公司的液液態(tài)軟起動裝裝置進行調研研、論證，確確定其可行性性。

2

液態(tài)軟起動動裝置的工作作原理及特點點2.1

工工作原理

在電機的定定子回路中串串接液體電阻阻，電機的起起動過程中通通過液阻柜中中電極板的移移動來均勻改改變液體電阻阻值的大小，均均勻地提高電電機端電壓，從從而降低電機機的起動電流流，減少電網網的電壓降，減減小對電網的的沖擊，電機機轉速隨著電電阻值的減小小而平滑升高高，當勵磁柜柜中的檢測設設備檢測到電電機的轉速達達到電機額定定轉速的85％時，發(fā)出出投全壓信號號，液態(tài)軟起起動設備中的的切換柜合閘閘，將液體電電阻切除，同同時電機星點點短接，電機機繼續(xù)升速，當當達到電機亞亞同步轉速時時，電機勵磁磁柜投勵，拉拉入同步運行行，由于該裝裝置的核心部部分在電氣一一次主回路上上，故設備維維護量小，起起動運行可靠靠。

主回路原理理圖

2.2

技術特點

(1)安全性：設設置了過壓、欠欠壓、缺相、接接地不良、起起動超時保護護，采取了嚴嚴格的接地和和避雷保護措措施，并保證證整個液態(tài)軟軟起動產品的的液阻箱體在在起動開始前前和結束后與與高壓電網分分離。

(2)液態(tài)電阻的的可調整性：：由于液態(tài)電電阻可以很方方便地根據不不同的電機參參數，負載特特征現場調配配適當的電阻阻值，而且采采用了PLC控制技術，整整個起動過程程可跟蹤起動動電流或起動動轉矩的變化化，達到恒流流軟起動，因因而可以最好好地滿足電動動機的軟起動動要求。

(3)溫度閉環(huán)控控制技術：在在電機起動前前根據液態(tài)電電阻箱中液體體溫度的變化化自動調整電電極板之間的的距離，實現現在不同季節(jié)節(jié)、不同環(huán)境境溫度、連續(xù)續(xù)起動情況下下，電機起動動電流值的一一致性。

電機的起動動過程是：先先合上兩個隔隔離開關1GK、2GK，再合上電電機工作柜斷斷路器1DL，電機開始始帶液體電阻阻降壓起動，起起動完畢后，切切換柜中的斷斷路器2DL合閘，將電電機星點短接接，斷開隔離離開關2GK，將液阻柜柜切除，電機機正常運行。

3

研究、論證證及相關計算算

由于濟鋼某某氣體有限公公司的100000kW、6kV高壓同步電電動機原來是是由烏克蘭生生產的變頻起起動裝置進行行起動的，原原設計也是針針對變頻起動動進行設計的的，現在采用用液態(tài)軟起動動裝置進行降降壓起動，電電機、供電電電網、原勵磁磁系統以及液液態(tài)軟起動裝裝置本查找電機的隨機機說明書確認認，與該型號號同系列的俄俄羅斯同步電電動機功率在在8000kkW以下的可以以直接起動，功功率在8000kkW以上的可以以采用降壓起起動，同時在在無錫鋼廠的的小容量同步步電動機上得得到了證實，說說明電機本身身允許采用降降壓起動。

液態(tài)軟起動動裝置可以將將電機起動電電流限制在3倍電機額定定電流以內，根根據電機及電電網的參數進進行計算并用用專用的仿真真軟件進行驗驗證，計算及及仿真結果如如下：3.1

原原始數據

(1)主電機為俄俄羅斯產同步步雙極三相電電動機

額定功率：Pe＝100000kW

額定電壓：Ue＝6000VV

額定電流：Ie＝1097AA

額定轉速：ne＝3000rrpm

起動轉矩倍倍數：Km＝2.06

起動電流倍倍數：Kq＝8.1

額定效率：η＝97.8

功率因數：COSφ＝0.9

轉動慣量：GD2＝910kggm2

勵磁電壓：174V

勵磁電流：270A

(2)空壓機

額定軸功率率：73000kW

額定轉速：ne＝4390rpm

電機起動時時吸入閥開度度：8%－10%

空載電流：300A

(3)供電系統由110kV／35kV／6kV

50MVAA變壓器供電電，直接變?yōu)闉?.3kVV,經分裂電抗抗器及600m、240mmm

四根電纜引引到現場母線線，系統短路路容量為：

Smiin＝122.447MVA。3.2

計計算

(1)電機起動時時刻(S=1)等效阻抗

Z＝6000/（×8.1××1097）＝0.38998Ω

等效電阻rk＝0.2Z＝0.078Ω

等效電抗xk=＝0.382Ω

(2)該電機采用用液態(tài)軟起動動裝置降壓起起動時，若按3倍額定電流流起動，起動動轉矩倍數為為：

Km′=(KKI′/KI)2=0.28826＞0.1

該轉矩足以以克服壓縮機機靜阻轉矩，實實現起動。

(3)關于起動時時間的計算

額定轉矩Me＝9550PPe/ne＝318333Nm

起動轉矩Mq=Km′Me=89995Nm

系統GD2按5000kkgm2計算，起動動時間為：

T=(GDD2/375))×9.8××(30000／8995)＝43s

(4)關于電力系系統阻抗xs按甲方提供的系系統參數，折折合到6kV母線（三段段）的短路容容量S＝122.447MVA。那么：

系統總阻抗抗為xs=6.32／122.447=0.3324Ω

該阻抗含進進廠阻抗、變變壓器阻抗、分分裂電抗器阻阻抗、線路阻阻抗。

(5)當電機采用用液態(tài)軟起動動裝置降壓起起動時，考慮慮系統電抗，降降壓起動時的的等效電路如如下：

按3倍起動電流流計算，有

得得起動電阻為為Rq=0..95Ω

((6)按3Ie起動時，6KV母線進線電電壓相對值為為

KK=(1.005×=0..88

則電機起動動時母線壓降降為：△U＝11.11%

(7)起動回路功功率因數COSΦq3.3

計計算結果表明明

該電機采用用液態(tài)軟起動動裝置進行降降壓起動，起起動電流可限限制在3倍額定電流流以內，起動動時母線電壓壓降約為11.1％，起動時時間約為43S。3.4

軟軟起動仿真

應用液態(tài)軟軟起動裝置的的電機拖動系系統仿真軟件件，將相關的的電機和空壓壓機的參數輸輸入程序，仿仿真的主要結結果是：

按3倍的電機起起動電流進行行仿真計算，電電網的電壓降降只有14％，電機的的起動時間為為43秒，起動設設備可保證連連續(xù)起動兩次次的熱容量。

電機起動時時，電流、轉轉速、轉矩根根據實際參數數的仿真曲線線如下：

起動電流、轉轉速與時間的的關系曲線

起動轉矩、負負載轉矩與時時間的關系曲曲線4

方案的實實施和運行效效果

我們通過前前后三個多月月的反復分析析、論證、計計算、仿真，確確定150000m3／h制氧機100000kW、6kV主電機完全全可以利用液液態(tài)軟起動裝裝置進行起動動，但為了增增加主電機起起動的可靠性性，新上一套套數字控制系系統的勵磁柜柜與之配套，并并且新上的液液態(tài)軟起動裝裝置和勵磁裝裝置必須同原原烏克蘭變頻頻起動裝置及及勵磁系統實實現互為備用用、簡單切換換，高、低壓壓供配電新老老起動系統共共用。2002年12月進行了液液態(tài)軟起動設設備的定貨，2003年1月進行了改改造工程的施施工設計，

方案的實施施和運行效果果

我們通過前前后三個多月月的反復分析析、論證、計計算、仿真，確確定150000m3／h制氧機100000kW、6kV主電機完全全可以利用液液態(tài)軟起動裝裝置進行起動動，但為了增增加主電機起起動的可靠性性，新上一套套數字控制系系統的勵磁柜柜與之配套，并并且新上的液液態(tài)軟起動裝裝置和勵磁裝裝置必須同原原烏克蘭變頻頻起動裝置及及勵磁系統實實現互為備用用、簡單切換換，高、低壓壓供配電新老老起動系統共共用。2002年12月進行了液液態(tài)軟起動設設備的定貨，2003年1月進行了改改造工程的施施工設計，2003年2月設備到貨貨并進行了安安裝調試，具具備接火的條條件，2003年3月11日利用150000m3/h制氧機停機機檢修的機會會進行了接火火，只用了10個小時的時時間就將這套套液態(tài)軟起動動裝置投入運運行，并一次次試車成功。

此次起動時時間30秒、起動電電流2600A（額定電流流為1097A）、全部軟軟起動過程中中電網最大壓壓降為13.7％，起動過過程非常平穩(wěn)穩(wěn)、可靠。如如現場通過將將起動時間再再適當延長，則則起動效果更更好。同時這這次改造還實實現了新老起起動設備的互互為備用，大大大降低了成成本并節(jié)約了了時間。我公公司對目前的的起動狀況非非常滿意，已已經決定將液液態(tài)軟起動裝裝置起動主電電機的方案由由緊急備用轉轉為主力起動動裝置。5

結結論

經過周密的的研究、嚴謹謹的計算和科科學的設計施施工，實現了了采用追日電電氣公司的液液態(tài)軟起動裝裝置起動成功功6kV，100000kW同步電動機機的目標，排排除了俄羅斯斯電機生產廠廠的“只能用烏克克蘭的變頻起起動裝置進行行起動，不能能進行降