氧氣公司二空壓站改造工程2100kW電動機全電壓直接起動的分析和計算

薛耀華

（武漢鋼鐵集團設計研究院有限公司，武漢 430080）

氧氣公司二空壓站改造工程2100kW電動機全電壓直接起動的分析和計算

薛耀華

（武漢鋼鐵集團設計研究院有限公司，武漢 430080）

本文首先對高壓鼠籠型電動機全電壓起動的特點及電動機允許全壓起動的條件進行了分析，結合武鋼氧氣公司二空壓站改造工程中的電動機起動方式的問題，用電力系統中的短路電流的計算方法，計算電動機起動時供配電系統的母線電壓水平，從而用數據證實了武鋼氧氣公司二空壓站兩臺鼠籠型電動機能夠全電壓直接起動，為工程降低了投資、節約了成本，對今后設計具有一定的推廣價值。

高壓鼠籠型電動機；起動方式；全電壓起動；電壓水平

1 引言

高壓鼠籠型電動機起動方式可分直接起動和降壓起動兩種方法。直接起動也稱全電壓起動。全壓起動方式其起動所需設備簡單，操作簡便，價格便宜，起動快。特別是緊急備用的情況下，為工程設計和現場應用的首要選擇。但是，直接起動方式起動電流大，鼠籠型電動機的起動電流為額定電流的4～7倍；此外，直接起動時電動機機械設備會受到很大的沖擊，同時電動機直接起動會引起公用母線上的電壓波動，影響接在同一臺變壓器或同一條供電線路上的其他電氣設備的正常工作。因此對于高壓鼠籠型電動機特別是大型電動機采用全壓直接起動時必須考慮其起動時母線電壓水平，以保證其不超過允許值。

2 電動機允許全壓起動的條件

電動機允許全壓起動的條件為

（1）電動機自身允許全壓起動。

（2）生產機械能承受全壓起動時的沖擊轉距。

（3）起動時電動機端子電壓水平應滿足允許值。

以上第（1）、（2）條件設備廠家可根據制造規范及用戶要求達到。

第（3）條件按標準規定，當電動機頻繁起動時，電動機端子電壓波動允許值應不低于90%；當電動機不頻繁起動時（每班≤2次），電動機端子電壓波動允許值應不低于85%。

3 武鋼氧氣公司二空壓站改造工程中電動機起動方式分析及計算

（1）工程概況

武鋼氧氣公司二空壓站原有空壓機組設備老化，故障率高，且整體供氣量不能滿足公司發展需求，為此將原有三臺空壓機組更換為兩臺離心式空壓機，其相應的電動機為兩臺2100kW鼠籠型電動機，且其系統供電方式應保持不變，本次改造投資約1000萬元，屬氧氣公司該年度重點項目，但在電動機能否全壓直接起動問題上存在著重大分歧。

按照常規保守做法，對于2100kW鼠籠型電動機，一般采用變壓器－電動機組起動、電抗器降壓起動或軟起動器降壓起動等起動方式，但變壓器－電動機組起動、電抗器降壓起動存在設備占地面積大，維護較困難的問題；而軟起動器降壓起動方式存在設備價格昂貴（特別是采用進口軟起動設備），為此我們提出了電動機直接起動的設想，但主管部門考慮到電動機直接起動可能會引起公用母線上比較大的電壓波動，從而影響同一母線上的其他用電設備的正常工作，對電動機直接起動有較大疑慮。

為此要想實現全壓起動必須考慮電動機起動時母線電壓水平，以保證其不超過允許值。

計算電動機起動時母線電壓水平的方法如下：

如用預估算的方法，比如按電源的容量允許全電壓直接起動的鼠籠型電動機最大功率估算（由變壓器供電的電動機，其容量應不大于變壓器容量的20%）等不能比較直觀、準確地判定電動機是否能全壓直接起動。

如用電力系統中的短路電流的計算方法，并根據電動機允許全壓起動的條件，計算電動機起動時供配電系統的母線電壓水平，是最直觀、準確的方法。

本次設計采用后者。

以下是整個設計計算過程。

（2）計算用有關參數

1）武鋼一總降參數

青山電廠110kV母線短路容量：

Smax=5291.0MVA；Smin=2398.08MVA

青112、青118線路：LGJ-240 3000m

一總降2#及3#主變壓器參數

2#主變壓器

額定電壓比：110kV/10.5kV；

額定容量：50000kVA；

阻抗電壓：10.1%；

聯結組別：Y/△-11。

3#主變壓器

額定電壓比：110kV/10.5kV；

額定容量：40500lVA；

阻抗電壓：10.81%；

聯結組別：Y/△-11。

2）氧氣公司二空壓站更新空壓機的電動機參數（兩臺電動機參數一致）

額定功率：2100kW；額定電壓：10kV；額定電流：0.141kA；功率因數：0.894；起動電流/額定電流：6。

3）一總降至氧氣公司二空壓站線路參數：

電纜型號：YJV-10kV -1(3×185)

長度：約400m

（3）計算電路圖及等值阻抗圖

（4）母線短路容量Sbs計算

采用標么值計算法，并考慮由無限容量系統供電。

1）對于青112，110kV電源

其中電流量單位為kA，電壓量單位為kV，短路容量單位為MVA，線路長度單位為km。

系統電抗標么值：

其中電流量單位為kA，電壓量單位為kV，短路容量單位為MVA，線路長度單位為km。

系統電抗標么值：

其中，Sbs取最小值；usb＞0.9（電動機頻繁起動時電壓波動允許值）。

2）對于青118，110kV電源

其中，Sbs取最小值；usb＞0.9（電動機頻繁起動時電壓波動允許值）。

（6）計算結論

根據以上計算結果，電動機起動時，電壓水平usb在標準規定的允許值范圍內。依此判定武鋼氧氣公司二空壓站兩臺鼠籠型電動機能夠全壓直接起動。

4 結論

本次設計承擔了一定的風險，嘗試著向常規思維、保守設計挑戰。通過對電動機的全電壓直接起動的計算，對全系統有一個非常清晰的認識，從而用直觀的計算數據論證了武鋼氧氣公司二空壓站兩臺鼠籠型電動機能夠全電壓直接起動。并以此指導該工程設備選型等設計。

現在，氧氣公司二空壓站兩臺鼠籠型電動機已投入運行，且運行效果良好。用實踐證實了計算的正確性。本次設計為用戶節約了近百萬元投資，受到了用戶的好評及主管部門的肯定，在今后的設計中具有一定的指導及推廣價值。

[1] 鋼鐵企業電力設計手冊.北京:冶金工業出版社,1996.1.