火電廠低壓大功率電動機電路設(shè)計有關(guān)問題分析

萬白鴿

摘要：在火力發(fā)電廠中，75～200kW的低壓電機因電網(wǎng)容量較大，多采用全電壓直接啟動。由于啟動電流較大，對電機電路元件的選擇、保護的配置有更高的要求。文章以火電廠輸煤皮帶電機電路的設(shè)計問題作標準，給出一種針對使用相同自動空氣開關(guān)的雙路電機的電纜選擇、一次電路形式、保護靈敏度與保護配置等方面的設(shè)計理念。

關(guān)鍵詞：火電廠；低壓大功率電機；電路設(shè)計；輸煤皮帶電機；雙路電機 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM32 文章編號：1009-2374（2016）29-0021-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.009

1 問題的提出

火電廠的輸煤系統(tǒng)使用75～200kW的電機，供電裝置380/220的母線包括了電力電纜、接觸器、自動空氣開關(guān)等，一般電纜短則幾十米，長則幾百米。使用了單路和雙路兩種電機，也就是一臺自動空氣開關(guān)為兩臺電動機服務(wù)，通過動力箱中的兩臺接觸器進行控制，電動機的啟動和跳閘必須是同步的。筆者探討的是后者，有多個可行的設(shè)計方案。

設(shè)計過程中有這些問題：（1）對于一次電路接線，動力箱兩個電機選擇并接或者分列方式運行？（2）在選擇電纜截面時，要遵循怎樣的原則？如何讓電壓損失符合相關(guān)要求？（3）如何既節(jié)省了投資，保護的靈敏度又得到保證？電動機是用一套還是分別配置零序保護與電流速斷？上述問題有廣泛的關(guān)聯(lián)性。

考慮到的短路電流并不大，只有幾千安，因此相比其他的問題，電流速斷保護靈敏度最為重要。對保護配置、靈敏度校驗、保護整定、電動機容量與安裝距離、電纜截面與型式選擇、短路電流計算、一次電路方案進行綜合考慮，這是本文的設(shè)計理念。在相同的計算式里找到理想的方案。

2 設(shè)計思想

2.1 電纜截面選擇

通常情況下，火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)用電負荷一般在5000h左右，電機電纜長度超過20m，在確定電纜截面時要結(jié)合經(jīng)濟電流密度進行考慮，確保持續(xù)允許電流、短路熱穩(wěn)定以及允許電壓損失要求全部得到保障。

2.1.1 按經(jīng)濟電流密度初選電纜截面。在確定截面時：

在計算出Sj后，接下來就要確定使用Sj差異比較小的標準截面。按照電纜的選擇使電流要求得到滿足，但別的要求得不到充分的保障，因此在某些情況下，要根據(jù)N次Sj選擇部分截面（N≥1）。

2.1.2 電壓損失校驗。令S=Sj=Ig/j電壓損失的截面判別式，可得：

此時，做最壞的打算，選擇電纜芯在額定負荷下能夠接受上限溫度的電阻率。

可由式（2）得出，每臺電機電纜的選取由電機的N倍經(jīng)濟截面來取，可以允許L值的電壓損失要求得到滿足。

2.1.3 短路熱穩(wěn)定校驗。電纜熱穩(wěn)定截面的公式：

從式（1）得出：75～200kV電機經(jīng)濟截面為150～400mm2，最小截面（150mm2）同時能夠確保熱穩(wěn)定要求得到滿足，因此剩下的問題在以下方案中予以

解決。

2.2 設(shè)計方案論證

2.2.1 保護整定及靈敏度。

第一，電流速斷保護。

電機配有一套保護：

式中：IDZ動作電流；Kk可靠系數(shù)，本文取1.5；Iqd電動機啟動電流。

靈敏度：KLm=I″（2）/IDZ（5）式中，載荷大于等于2。

第二，零序保護動作電流idz0應(yīng)避免啟動和不平衡電流，KLm按電動機出口單相接地短路電流I″（1）校驗，要求KLm≥1.5。一般情況下，零序保護KLm都能實現(xiàn)。

2.2.2 短路電流計算。由有關(guān)的文獻所列原則、參數(shù)與計算公式作為依據(jù)，短路電流為電機出口短路時進行計算得出的短路電流。由有關(guān)公式計算已知設(shè)備的總電阻R、電抗X和設(shè)計的電纜電阻R“與電抗X”，則有：

低壓（3×95）～（3×185）不同性能的單根電纜，單位長度電纜的電阻，和截面相乘是一個常數(shù)，用Kr代表；單位長度電纜的電抗也是常數(shù)，用Kx代表。將總速斷保護3和總開關(guān)連在一起，根據(jù)式（4）得：

2.2.3 將KLm≥2，式（7）代入式（5），得：

方案1：電源箱沒有總線，2個電機分別運行，選擇各電機電路的電纜，選擇N倍經(jīng)濟段，電纜長度為

L。則：

將式（8）展開，并將式（9）、式（10）代入兩邊乘n2，整理得：

式中，對方案1：A=1、B=2、H=1。因為IED=2ped，所以式（11）在電動機容量確定的情況下，電纜截面以及諸多參數(shù)，對保護靈敏度的最大允許L值可由式（11）滿足。因為上述的推論是利用IED/J，如果實際選擇小于理論值，則式（11）和后類似的公式計算得L值過大，可適當(dāng)降低。

方案3：動力箱中不安裝母排，兩個電機采取分列方式運行。

方案4：在動力箱中安裝母排，兩個電機采取并列方式運行。

根據(jù)實例得出結(jié)論：在條件保持不變的情況下，方案1的特點是能夠在靈敏度得到保護的前提下，使用電纜最短L1。方案3需要電纜L3最長，因此如果電動機距離很遠的話，可以選擇計劃3。滿足保護靈敏、電纜長度和截面，同時能夠保障允許電壓損失的要求。

2.3 長距離電機電路的建議方案

總開關(guān)下口有速斷保護3，在電纜兩端安裝的速斷保護，在動力箱設(shè)計母線和接觸器C3調(diào)整控制、保護接線，電機進入工作狀態(tài)的前十幾秒，C3斷開，保護3退出，投入保護1和2；電機即將啟動時，C3閉合，保護3投入。對保護1、2、3進行整定時，以躲過一臺電機Iq為依據(jù)，根據(jù)式（6）進行計算。因此計劃只把KLm適當(dāng)減低，KLm≥1.5，保護3的功能在于防御啟動后階段和工作狀態(tài)下的多相短路，其KLm≥2。

從保護3的角度來看，也能推導(dǎo)出類似式（11）在這種情況下，若采用這一方案，在選擇電纜時結(jié)合經(jīng)濟截面考慮的話，把這一方案中的A、B、H值代入式（11），可解得L′5和L″5。一般有L′5n″5，選擇n′5，它比方案3能夠接納的n值更小，并且電壓損失沒有超過可接受范圍。

通過上述分析，相比方案3，該方案在電纜方面所需的成本更低，盡管新增了保護和動力箱成本，但整體來看還是有一定的成本優(yōu)勢。

3 結(jié)語

本文研究了火電廠雙電機驅(qū)動系統(tǒng)的煤粉處理系統(tǒng)的設(shè)計，滿足了組合設(shè)計要求。L值是經(jīng)濟截面取得的最大值，其計算由式（11）進行，能夠作為依據(jù)提供給電機確定安裝地點的配電裝置。其原因是使電機電路的投資最少，已知容量和安裝位置的電機可以盡量減少經(jīng)濟橫截面的計算，決定方案的選擇。

只有Iqd=7Ied的單鼠籠電機對導(dǎo)出的公式適用，如果是雙鼠籠電動機或深槽電動機，則所有計算L式的末項及所有計算n式的首項將有變化（其Iqd約分別為5.5和4.5倍Ied）。很明顯，對廠用變壓器而言，采用兩種電機及短路阻抗百分數(shù)較低者，可以使允許的L值得到提升，并且允許的N值可以變小，能夠減少投資，使設(shè)計的靈活性得到提高。

參考文獻

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）