大容量電動機直接啟動方式可行性分析

李燕飛，李輝，肖俊先

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

大容量電動機直接啟動方式可行性分析

李燕飛1，李輝2，肖俊先1

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

在變頻器損壞時，大容量電動機直接啟動對確保電廠安全運行具有一定價值和意義。本文結合某火力發電廠的電氣結構及運行方式，通過相關計算、試驗及分析，作出論證了大容量電動機直接啟動的可行性，對同類型電廠具有一定借鑒意義。

大容量電動機；直接啟動；沖擊；可行性

經多年的技術開發，電動機的啟動方式有了長足的發展?；\型異步電動機的啟動一般具有以下3種方式:全壓 (直接)啟動、降壓啟動、變頻軟啟動。其中，全壓 (直接)啟動具有啟動時間短，啟動過程簡單的優點，但是啟動電流大，一般是額定電流的4～7倍。大容量電動機的直接啟動對母線電壓有較大的沖擊。對于容量大、啟動時間長的電動機一般不允許采用直接啟動方式。

1 方案的提出

某廠對廠用6 kV A，B引風機進行了技術改造，將其擴容至4 200 kW，并分別配置一臺變頻器。因變頻器為易損設備，在變頻器無法正常投入使用時，為保證正常的開機，該廠提出了引風機直接啟動的方案。文中結合該廠廠用結構及運行方式對該方案的可行性進行了計算分析及試驗驗證。廠用電結構示意圖如圖1所示。

圖1 廠用結構示意圖

2 設備參數及啟動計算

2.1 設備參數

相關設備參數見表1，2，其中啟備變高壓側與低壓側的Ud為18.00%。引風機啟動特性參數見圖2。

表1 啟備變設備參數

表2 引風機設備參數

圖2 引風機啟動特性參數

2.2 引風機啟動時母線電壓理論計算

為了最大限度降低引風機啟動對6 kV母線電壓的影響，只考慮啟備變分支單獨帶引風機運行情況。依據文獻 〔3〕提供的推導公式，對引風機啟動時的母線電壓進行估算。

式中 Um為啟動時母線電壓(標么值)；U0為廠用母線上的空載電壓(標么值)；S為啟動時系統總容量系數；X為變壓器電抗XT(標么值)。

1)啟備變電抗XT以變壓器分支繞組容量為基準的標么值: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)啟動引風機時容量系數

式中 S1為引風機啟動前已帶負荷標幺值；Sq為引風機啟動容量標幺值。

從圖2引風機啟動特性參數可知，其啟動電流在5～6倍額定電流。考慮到啟動時母線壓降，計算時取5倍額定電流。

式中 Kq為電動機的起動電流倍數；Pe為電動機的額定功率 (kW)；ηd為電動機的額定效率；cosφ為電動機的額定功率因數。

因6 kV母線空載，故S1取0，則引風機啟動時的母線電壓的計算值為:

從上述計算可知，在6 kV母線單獨啟動引風機時，母線電壓約為額定電壓的85%。

2.3 引風機啟動對保護的影響

依據引風機啟動特性參數 (圖2)取啟動電流約為:

Iop＝5In＝5×484＝2420(A)由表2可知，90%Un工況下，啟動時間為29 s。母線空載引風機啟動時母線電壓計算值為85%，初步取引風機啟動時間為38 s。

母聯開關采用IEEE中度反時限過流保護，其動作判據為:

式中 時間倍數 K為 1.3；啟動電流值 Itap為1 800 A。

計算引風機啟動時反時限動作時間為:

可以看出，母聯開關反時限保護不能躲過引風機啟動時間，故將定值修改為:時間倍數 K為

2.9；啟動電流ITap為2 000 A。

修改后，反時限動作時間為:

考慮到修改后反時限定值在發生最小方式母線兩相短路時延時過長的情況，另外增加母聯定時限過流保護，按最小方式母線兩相短路電流2倍靈敏度整定，動作延時較啟備變低壓側瞬時過流保護少一個時間級差。

從該廠廠用電定值核算書查閱可知，最小運行方式下，6 kV母線發生兩相短路的電流一次值為16 774 A，啟備變低壓側瞬時過流保護動作時間為0.5 s，故整定母聯過流保護定值為:

顯然，該保護動作值遠大于引風機啟動電流，能躲過引風機啟動工況。

啟備變低壓側開關保護采用IEEE中度反時限過流保護，原定值為:時間倍數K＝1.5；啟動電流值Itap＝2 624 A。

啟動電流為2 420 A時，啟備變低壓側反時限保護不會啟動。

2.4 引風機啟動試驗

為驗證引風機啟動相關計算參數的正確性，對相關保護定值作出相應的調整。通過啟備變帶C分支，再經母聯開關單獨帶6 kV A段引風機，進行了引風機的直接啟動試驗。試驗結果如圖3，4所示。

圖3 引風機啟動電壓曲線

圖4 引風機啟動電流曲線

從試驗數據可以看出，引風機啟動電流大小約為2 400 A，且大小在啟動過程中基本保持恒定，啟動時母線電壓約為85%額定電壓，啟動時間約為36 s。

3 直接啟動引風機可行性分析

依據文獻 〔3〕要求:大容量的電動機正常起動時，廠用母線的電壓應不低于額定電壓的80%。

母線空載，引風機啟動時母線電壓為85%Un，已接近最低要求值。為了最大限度減小引風機啟動對母線電壓的影響，應盡量降低其它廠用負荷。

根據電廠運行人員提供的基本起機方式，在引風機啟動前，循環水泵3 000 kW，磨煤機370 kW，軸冷卻水泵310 kW，鍋爐給水泵4 900 kW。

在基本起機負荷下，引風機啟動時的母線電壓計算值:

故按基本的起機負荷，引風機啟動時母線電壓為額定電壓82%，大于規定要求的最低母線電壓值，直接啟動具有可行性。

4 結論與建議

綜上所述，該廠在基本的起機負荷條件下，通過適當修改相關保護定值，該引風機具有直接啟動的可行性。

因該引風機直接啟動的電流過大，啟備變在引風機啟動時處于過載狀態，雖然過載時間不長，但長期、頻繁的啟動對變壓器的壽命存在一定的影響，且母線電壓過低會造成已運行電動機轉矩急劇減小，轉速降低，溫度升高，加速絕緣老化。建議直接啟動方式僅作為應急使用。

〔1〕 李瑞榮.短路電流實用計算 〔M〕.北京:中國電力出版社，2003.

〔2〕高春如.大型發電機組繼電保護整定計算與運行技術 〔M〕.北京:中國電力出版社，2005.

〔3〕火力發電廠廠用電設計技術規定: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，大學本科，從事電力系統及自動化的研究工作。

2016－03－18

李輝(1983)，男，高級工程師，博士，從事電力系統及自動化的研究工作。

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