大型異步電動機啟動壓降的計算設(shè)計研究

高振魁

摘 要 異步電動機是生產(chǎn)企業(yè)重要的設(shè)備，其是否正常運行以及精確的做到升降直接影響到企業(yè)的正常生產(chǎn)，因此對異步電動機啟動壓降的計算顯得很有必要。異步發(fā)電機的優(yōu)點在于裝備投資費用、維護(hù)以及運行費用都比較低，同時穩(wěn)定性、可靠性都比較高，因此在生產(chǎn)中被廣泛使用。文章主要以特鋼廠為例講述大型異步發(fā)電機的啟動計算，采用不同方法來計算理論值，并與實測值進(jìn)行比較得出最佳的計算方法，希望能為工作人員帶來一些幫助。

關(guān)鍵詞 異步發(fā)電機；啟動升降；計算方法

中圖分類號：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）02-0037-01

大型異步發(fā)電機作為強大的電動機械設(shè)備，是電力轉(zhuǎn)化為電能的中樞系統(tǒng)，在啟動時由于電流的沖擊產(chǎn)生大幅度的沖擊負(fù)荷，使得整個供電系統(tǒng)的電壓產(chǎn)生大幅度波動，影響供電系統(tǒng)的正常運行，甚至還會發(fā)生人身傷亡事件。因此有必要計算啟動升降產(chǎn)生的電壓波動，選取相適應(yīng)的變壓器以及啟動方式，保證供電系統(tǒng)正常運行。本文針對某特鋼廠制氧車間大型異步電動機的啟動過程，采用3種不同的電動機啟動計算方法進(jìn)行計算。

1 特鋼廠異步發(fā)電機數(shù)據(jù)概述

本文所選鋼廠為國家級大型鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，是碳鋼和不銹鋼的生產(chǎn)基地，年產(chǎn)鋼總量為500萬噸，該鋼廠的制氧車間供電系統(tǒng)是35 kV電源，電源額定有功功率PJ=3415.3 kW，無功功率Qj=1519.4 Kvar，自然功率因數(shù)cosΦ=0.91。有兩個異步發(fā)電機最大功率為2500 kW，其中一個作為備用設(shè)備，為了不影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，能夠保證一臺發(fā)電機在連續(xù)工作的情況下，可以啟動另外一臺發(fā)電機替換使用，鋼廠供電變壓器暫定為6300 kVA。該鋼廠的供電系統(tǒng)最小運行時，變壓器一次短路容量Sdx=322.4766 MVA，二次短路容量Sbs=66.6400 MVA，鋼廠異步發(fā)電機是YKZ-2500系列，Ue=6KV，Ie=0.276 kA，轉(zhuǎn)速2985 r/min，Ks=5.5，有用功率96%。變壓器與電動機線路長100m，線路橫截面積3×150 mm2，電動機啟動時正常情況下，Qj=570.44 Kvar，PJ=1590.3 kW，變壓器負(fù)荷率為60%，基準(zhǔn)容量SJ=100 MVA。

2 異步電動機啟動升降的計算

2.1 啟動時波動電壓計算

變壓器參數(shù)Sbe=6.3 MVA，Ud%=7.5%，三相短路容量Sbs=66.64 MVA，Xo=0.08 Ω/km，XL=（Xo+5/S）L=（0.08+5/150）×0.1=0.011 Ω，額定容量SNm=√3UeIe=6×√3×0.276=2.868 MVA。啟動后，系統(tǒng)回路啟動容量SSm=Ks·SNm=15.774 MVA，無功功率QIX=0.6（Sbe-0.7SNm）=2.575 MVA。輸出容量Ss=1/[1/SSm+XL/U2N]=15.699 MVA，母線處電壓U2=（Sbs+QIX）/（Sbs+QIX+SS）=0.815，電機接線處電壓U3=U2·SS/SSm=0.811，啟動電流，克服轉(zhuǎn)矩作序最小電壓=0.605，此時U3大于Uqd能夠成功克服機械靜阻轉(zhuǎn)矩啟動。根據(jù)以上計算，如電動機啟動升降系統(tǒng)不經(jīng)常啟動，那么電壓相當(dāng)隨之要求高于85%，電動機雖然能夠成功克服機械靜阻轉(zhuǎn)矩啟動，但是由于母線電壓較低，不宜對異步電動機啟動升降進(jìn)行直接啟動的方式。

2.2 簡化計算法

系統(tǒng)元件電流X*xt=Sj/6300 kVA，變壓器電抗X*b=Ud%·Sf/100Sbe=53.6704，負(fù)荷電抗X*fh=Z*fh·sinФ=18.3016，線路電抗X*l=Xxl·L·SL/2Uj2=0.0101，電動機電抗X*d=SjUe2/SqdUj2=5.5095，電動機啟動容量Sqd=PPKs×10-3/0.96cosФ=16.4631。系統(tǒng)啟動母線cosФ=0.94，sinΦ=0.341變壓器滿載運動時，變壓器阻抗X*eb=X*b·Sbe/Sj=0.0753。并聯(lián)電路阻抗X*l=X*Xl+X*d=5.5196，X*2=XXL/X*fh=4.2407，X*3=X*Xf+X*h=1.5006，電動機轉(zhuǎn)子處電壓U*3=U*2·X*d/X*l=5.7413。啟動后電動機轉(zhuǎn)子處電壓U*3=0.7611×6.3×100%/6=79.92%。

2.3 采用阻抗導(dǎo)納法進(jìn)行計算

全壓啟動時系統(tǒng)阻抗Z*xl=X*xl=0.3101，變壓器阻抗Z*b=X*b=1.1905，負(fù)荷阻抗Xfh=Zfh·sinФ=18.3016，線路阻抗X*xL=Xxl·LSj/2Uj2=0.0101，電動機阻抗R*qd=Z*qdcosФqd=1.5?151，串聯(lián)電路阻抗X*1=X*x1+X*qd=5.3072。并聯(lián)電路電動機支路導(dǎo)納電納B*1=X*1/Z2*1=0.1740，負(fù)荷支路電納B*fh=X*fh/Z2*fh=0.0064，并聯(lián)電路電納X*2=B*2/Y2*2=4.8582。母線電壓U*2=U*1·Z*2/Z*4=0.8086電動機端子電壓U*3=U*2·Z*2/Z*I=0.8066，電動機接線端電壓U3=U*3Uj/Ue×100%=84.693%。

3 計算值與測量值的比較

上文不同方法得到的母線電壓相對值%分別是81.7、80.06、84.90，發(fā)電機端電壓百分比%分別是76、79.92、84.69，三種計算方法都能夠客服電動機機械靜阻轉(zhuǎn)矩啟動，其中電壓波動計算方法與簡化計算方法都不能采取直接啟動的方式，阻抗導(dǎo)納法可以采取直接啟動。實際啟動時考慮到電壓表的測量誤差，采取瞬間測量值作為母線電壓的下降值，所得母線電壓相對值U2=（4.8+5.4）/8=85%，阻抗導(dǎo)納法所得結(jié)果84.6%最接近測量值。電壓波動計算與簡化計算法均忽略供電系統(tǒng)電阻的影響，得出的數(shù)值都偏低。在計算中可以看出，發(fā)電機啟動之前減小預(yù)接負(fù)荷，有利于電動機的啟動。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文以特鋼廠為例，使用了3種不同的計算方法來計算異步發(fā)電機啟動升降時的電壓。電壓波動計算法和簡化計算法在計算過程中，忽略了供電系統(tǒng)中的電阻值，這樣做

可簡化計算過程，但會造成計算值比實際值偏小。詳細(xì)阻抗導(dǎo)納法在計算過程中計入電阻和電抗2個部分，雖然使計算過程相對復(fù)雜，但其理論計算值與實際情況較接近，因此，前2種簡化計算法可用作粗略估算，而詳細(xì)阻抗導(dǎo)納計算將是決定電動機供電系統(tǒng)是否正確、合理的論證關(guān)鍵。因此，采用詳細(xì)阻抗導(dǎo)納計算法，對正確、合理地選擇和論證大型異步電動機的啟動方式和供電變壓器容量具有很重要的意義。

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