趙懷

摘 要：減少污染排放，提高能源利用率，建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)經(jīng)濟是時代的主題。然隨著社會的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)也在朝著高度模塊化前進，軟啟動技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展對于工業(yè)生產(chǎn)高度模塊化所面臨的保護電網(wǎng)、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(tài)降補裝置在18000KW電機起動中的應(yīng)用，突顯固態(tài)降補裝置的先進性、可靠性。

關(guān) 鍵 詞：大電機 軟起 固態(tài)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(wǎng)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(wǎng)容量的要求也相對來說比較高。所以出于對電網(wǎng)安全以及保護設(shè)備的方面考慮，該電機的軟啟動方式的選擇也變得至關(guān)重要。目前，現(xiàn)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(shè)備主要有水電阻、開關(guān)變壓器、自耦變壓器等，這類降壓設(shè)備可以實現(xiàn)啟動電流為3倍左右，因而對電網(wǎng)容量的要求相對比較高。變頻起動可以實現(xiàn)啟動電流最小，一般為額定電流的0.5-1倍，并且對機器、設(shè)備及電網(wǎng)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(yè)不是一個很好的選擇。降補類既可以實現(xiàn)電機啟動電流相對較小，降低電動機起動引起的電網(wǎng)電壓波動，并且人為的控制起動產(chǎn)生的無功量，從而降低其沖擊強度，同時設(shè)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?？諌簷C電機屬于非頻繁啟動設(shè)備，啟動設(shè)備成本太高相對不劃算。通過綜合比較最終決定選擇固態(tài)降補裝置。這樣即可滿足用戶電網(wǎng)容量比較小實際情況，又可實現(xiàn)經(jīng)濟效益最優(yōu)化。下面詳細介紹固態(tài)降補裝置在該18000KW電機啟動中的應(yīng)用。

2、技術(shù)方案

2.1原理

固態(tài)降補軟啟動器通過將電機起動電流和母線側(cè)電流有效分開，在滿足電機負載起動轉(zhuǎn)矩要求的前提下，通過調(diào)整起動裝置參數(shù)，使得電機起動時所消耗母線側(cè)電流盡可能的小。成功解決了以往降壓類啟動設(shè)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(zhuǎn)矩要求比較大的問題。

固態(tài)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(zhuǎn)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(lián)一個無功發(fā)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(wǎng)索取的容量，進而降低電機起動時對電網(wǎng)電壓的不利影響。

2.2系統(tǒng)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(guān)柜、1臺軟起起動開關(guān)柜、1臺軟起連接開關(guān)柜、1套降補固態(tài)軟起動裝置（含1臺降壓器、1臺降壓控制器、1臺無功發(fā)生器、1臺無功控制器）。其中降壓器為三相一體油浸式結(jié)構(gòu)，起動容量約為31MVA，配用電動機最大20MW。降補固態(tài)軟起動裝置的無功發(fā)生器為一體油浸式結(jié)構(gòu)，提供最大無功容量為10Mvar。

2.3電機參數(shù)計算

2.3.1原始數(shù)據(jù)

①、電動機參數(shù)： ②、負載參數(shù)（已折算到電機端）

額定功率Pe 18000 kW 負載的轉(zhuǎn)動慣量J 22000 Kg.m2

額定轉(zhuǎn)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(shù)KI 4

起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)KM 0.48

最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)λ 1.73

飛輪轉(zhuǎn)動慣量J 1030 Kg.m2

③、電網(wǎng)參數(shù)：

10kV側(cè)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(shù)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(zhuǎn)矩 114600 N.m

5、電機全壓起動轉(zhuǎn)矩 55008 N.m 6、電機全壓最大轉(zhuǎn)矩 198258 N.m

7、額定轉(zhuǎn)差率 0 8、臨界轉(zhuǎn)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(jù)電機廠家提供的出廠測試數(shù)據(jù)、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?？紤]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(fā)生器可以發(fā)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(shù)特性指標

1. 電機的10KV回路起動電流倍數(shù)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(wǎng)壓降小于9.5%，電機端電壓起動值6.1KV。

3. 軟起動裝置連續(xù)起動間隔15分鐘，起動時電機回路電流倍數(shù)2.44倍。

4. 軟起動裝置自動調(diào)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(tǒng)電流控制在電機額定電流的1.3倍以內(nèi)，電機起動最大容量在電動機額定運行容量的1.3倍以內(nèi)，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(xiàn)電機起動時，不會產(chǎn)生高次諧波電流，不會產(chǎn)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(tǒng)造成安全隱患。綜上所述采用固態(tài)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(xiàn)在空分設(shè)備等級越做越大，其中的裝置設(shè)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(xiàn)在幾萬千瓦，然而電網(wǎng)的功率不可能與電動機的功率等比例發(fā)展，并且在一些偏遠地區(qū)的電網(wǎng)功率相比與正常情況下還會稍小，在這種情況下，固態(tài)降補能夠很好的完成大電機的順利起動，并且可以節(jié)約一定的成本，對用戶來說一種比較理想的選擇。

參考文獻：

[1]王成龍，王淼，高少峰.降補固態(tài)軟啟動裝置在大電機啟動系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2010（3）.

[2]趙偉，張金.降補固態(tài)軟啟動在大功率電機應(yīng)用推廣[J].中國科技博覽，2012（16）.

[3]張炳瑞，降補固態(tài)軟起動裝置在風機起動中的應(yīng)用[J].冶金動力，2016（01）.