李燕飛，李輝，肖俊先

(1.湖南省湘電試驗(yàn)研究院有限公司，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

大容量電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)方式可行性分析

李燕飛1，李輝2，肖俊先1

(1.湖南省湘電試驗(yàn)研究院有限公司，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

在變頻器損壞時(shí)，大容量電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)對確保電廠安全運(yùn)行具有一定價(jià)值和意義。本文結(jié)合某火力發(fā)電廠的電氣結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式，通過相關(guān)計(jì)算、試驗(yàn)及分析，作出論證了大容量電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的可行性，對同類型電廠具有一定借鑒意義。

大容量電動(dòng)機(jī)；直接啟動(dòng)；沖擊；可行性

經(jīng)多年的技術(shù)開發(fā)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式有了長足的發(fā)展。籠型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)一般具有以下3種方式:全壓 (直接)啟動(dòng)、降壓啟動(dòng)、變頻軟啟動(dòng)。其中，全壓 (直接)啟動(dòng)具有啟動(dòng)時(shí)間短，啟動(dòng)過程簡單的優(yōu)點(diǎn)，但是啟動(dòng)電流大，一般是額定電流的4～7倍。大容量電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)對母線電壓有較大的沖擊。對于容量大、啟動(dòng)時(shí)間長的電動(dòng)機(jī)一般不允許采用直接啟動(dòng)方式。

1 方案的提出

某廠對廠用6 kV A，B引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造，將其擴(kuò)容至4 200 kW，并分別配置一臺變頻器。因變頻器為易損設(shè)備，在變頻器無法正常投入使用時(shí)，為保證正常的開機(jī)，該廠提出了引風(fēng)機(jī)直接啟動(dòng)的方案。文中結(jié)合該廠廠用結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式對該方案的可行性進(jìn)行了計(jì)算分析及試驗(yàn)驗(yàn)證。廠用電結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 廠用結(jié)構(gòu)示意圖

2 設(shè)備參數(shù)及啟動(dòng)計(jì)算

2.1 設(shè)備參數(shù)

相關(guān)設(shè)備參數(shù)見表1，2，其中啟備變高壓側(cè)與低壓側(cè)的Ud為18.00%。引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)特性參數(shù)見圖2。

表1 啟備變設(shè)備參數(shù)

表2 引風(fēng)機(jī)設(shè)備參數(shù)

圖2 引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)特性參數(shù)

2.2 引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)母線電壓理論計(jì)算

為了最大限度降低引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)對6 kV母線電壓的影響，只考慮啟備變分支單獨(dú)帶引風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況。依據(jù)文獻(xiàn) 〔3〕提供的推導(dǎo)公式，對引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的母線電壓進(jìn)行估算。

式中 Um為啟動(dòng)時(shí)母線電壓(標(biāo)么值)；U0為廠用母線上的空載電壓(標(biāo)么值)；S為啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)總?cè)萘肯禂?shù)；X為變壓器電抗XT(標(biāo)么值)。

1)啟備變電抗XT以變壓器分支繞組容量為基準(zhǔn)的標(biāo)么值:式中 ST為變壓器的額定容量 (kVA)；S2T為低壓或分裂組的額定容量 (kVA)；

2)啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)時(shí)容量系數(shù)

式中 S1為引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)前已帶負(fù)荷標(biāo)幺值；Sq為引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)容量標(biāo)幺值。

從圖2引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)特性參數(shù)可知，其啟動(dòng)電流在5～6倍額定電流?？紤]到啟動(dòng)時(shí)母線壓降，計(jì)算時(shí)取5倍額定電流。

式中 Kq為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)；Pe為電動(dòng)機(jī)的額定功率 (kW)；ηd為電動(dòng)機(jī)的額定效率；cosφ為電動(dòng)機(jī)的額定功率因數(shù)。

因6 kV母線空載，故S1取0，則引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的母線電壓的計(jì)算值為:

從上述計(jì)算可知，在6 kV母線單獨(dú)啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)時(shí)，母線電壓約為額定電壓的85%。

2.3 引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)對保護(hù)的影響

依據(jù)引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)特性參數(shù) (圖2)取啟動(dòng)電流約為:

Iop＝5In＝5×484＝2420(A)由表2可知，90%Un工況下，啟動(dòng)時(shí)間為29 s。母線空載引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)母線電壓計(jì)算值為85%，初步取引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間為38 s。

母聯(lián)開關(guān)采用IEEE中度反時(shí)限過流保護(hù)，其動(dòng)作判據(jù)為:

式中 時(shí)間倍數(shù) K為 1.3；啟動(dòng)電流值 Itap為1 800 A。

計(jì)算引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間為:

可以看出，母聯(lián)開關(guān)反時(shí)限保護(hù)不能躲過引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，故將定值修改為:時(shí)間倍數(shù) K為

2.9；啟動(dòng)電流ITap為2 000 A。

修改后，反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間為:

考慮到修改后反時(shí)限定值在發(fā)生最小方式母線兩相短路時(shí)延時(shí)過長的情況，另外增加母聯(lián)定時(shí)限過流保護(hù)，按最小方式母線兩相短路電流2倍靈敏度整定，動(dòng)作延時(shí)較啟備變低壓側(cè)瞬時(shí)過流保護(hù)少一個(gè)時(shí)間級差。

從該廠廠用電定值核算書查閱可知，最小運(yùn)行方式下，6 kV母線發(fā)生兩相短路的電流一次值為16 774 A，啟備變低壓側(cè)瞬時(shí)過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.5 s，故整定母聯(lián)過流保護(hù)定值為:

顯然，該保護(hù)動(dòng)作值遠(yuǎn)大于引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電流，能躲過引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)工況。

啟備變低壓側(cè)開關(guān)保護(hù)采用IEEE中度反時(shí)限過流保護(hù)，原定值為:時(shí)間倍數(shù)K＝1.5；啟動(dòng)電流值Itap＝2 624 A。

啟動(dòng)電流為2 420 A時(shí)，啟備變低壓側(cè)反時(shí)限保護(hù)不會(huì)啟動(dòng)。

2.4 引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)試驗(yàn)

為驗(yàn)證引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)相關(guān)計(jì)算參數(shù)的正確性，對相關(guān)保護(hù)定值作出相應(yīng)的調(diào)整。通過啟備變帶C分支，再經(jīng)母聯(lián)開關(guān)單獨(dú)帶6 kV A段引風(fēng)機(jī)，進(jìn)行了引風(fēng)機(jī)的直接啟動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖3，4所示。

圖3 引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電壓曲線

圖4 引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電流曲線

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電流大小約為2 400 A，且大小在啟動(dòng)過程中基本保持恒定，啟動(dòng)時(shí)母線電壓約為85%額定電壓，啟動(dòng)時(shí)間約為36 s。

3 直接啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)可行性分析

依據(jù)文獻(xiàn) 〔3〕要求:大容量的電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)時(shí)，廠用母線的電壓應(yīng)不低于額定電壓的80%。

母線空載，引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)母線電壓為85%Un，已接近最低要求值。為了最大限度減小引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)對母線電壓的影響，應(yīng)盡量降低其它廠用負(fù)荷。

根據(jù)電廠運(yùn)行人員提供的基本起機(jī)方式，在引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)前，循環(huán)水泵3 000 kW，磨煤機(jī)370 kW，軸冷卻水泵310 kW，鍋爐給水泵4 900 kW。

在基本起機(jī)負(fù)荷下，引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的母線電壓計(jì)算值:

故按基本的起機(jī)負(fù)荷，引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)母線電壓為額定電壓82%，大于規(guī)定要求的最低母線電壓值，直接啟動(dòng)具有可行性。

4 結(jié)論與建議

綜上所述，該廠在基本的起機(jī)負(fù)荷條件下，通過適當(dāng)修改相關(guān)保護(hù)定值，該引風(fēng)機(jī)具有直接啟動(dòng)的可行性。

因該引風(fēng)機(jī)直接啟動(dòng)的電流過大，啟備變在引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)處于過載狀態(tài)，雖然過載時(shí)間不長，但長期、頻繁的啟動(dòng)對變壓器的壽命存在一定的影響，且母線電壓過低會(huì)造成已運(yùn)行電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩急劇減小，轉(zhuǎn)速降低，溫度升高，加速絕緣老化。建議直接啟動(dòng)方式僅作為應(yīng)急使用。

〔1〕 李瑞榮.短路電流實(shí)用計(jì)算 〔M〕.北京:中國電力出版社，2003.

〔2〕高春如.大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定計(jì)算與運(yùn)行技術(shù) 〔M〕.北京:中國電力出版社，2005.

〔3〕火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定:DL/T5153—2002〔S〕.北京:中國電力出版社，2002.

Feasibility analysis on direct starting mode of large capacity motor

LI Yanfei1，LI Hui2，XIAO Junxian1
(1.Hunan Xiangdian Test＆Research Institute Co.，Ltd，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

Direct start mode of large capacity motor is of certain value and meaning to guarantee the secure operation of power plant when the converter is broken.Combined with the electrical structure and operation mode of a coal－fired power plant，the feasibility of direct starting is verified through relevant calculation，experiment and analysis.The conclusions in this paper offer certain references for similar power plant.

lager capacity motor；start directly；impact；feasibility

TK223.26

B

1008－0198(2016)06－0051－03

10.3969/j.issn.1008－0198.2016.06.014

李燕飛(1980)，男，工程師，大學(xué)本科，從事電力系統(tǒng)及自動(dòng)化的研究工作。

2016－03－18

李輝(1983)，男，高級工程師，博士，從事電力系統(tǒng)及自動(dòng)化的研究工作。

肖俊先(1987)，男，助理工程師，大學(xué)本科，從事電力系統(tǒng)及自動(dòng)化的研究工作。