大功率電機安全啟動運行的相關(guān)研究

潘麗

【摘??要】社會經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，推動了我國電力領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。在生產(chǎn)企業(yè)，大功率電機擔(dān)負(fù)著提高勞動生產(chǎn)率，保持連續(xù)性生產(chǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)自動控制和遠(yuǎn)距離操作，降低勞動人員工作強度保障安全的任務(wù)。多種類、大功率電機并聯(lián)入網(wǎng)，電機的啟動與運行對礦區(qū)供電系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響。本文就大功率電機安全啟動運行展開探討。

【關(guān)鍵詞】電機啟動;電壓波動;切換;通風(fēng)散熱

引言

交流電動機的啟動電流大，但過大的啟動電流沖擊將對電網(wǎng)、負(fù)載及電機本身產(chǎn)生較大的影響。整個交流電網(wǎng)的容量對單臺電機來說是非常大的，但是供電變壓器的容量卻是有限的，如果變壓器額定容量相對不夠大時，電動機短時較大的啟動電流會使變壓器輸出電壓水平大幅度下降，并產(chǎn)生較大的線路壓降，嚴(yán)重影響到同臺變壓器供電的其他負(fù)載。

1常見的幾種大功率電機啟動方式

1.1全壓啟動

普通的鼠籠式電動機在空載情況下直接啟動時，啟動電流會達(dá)到額定電流的4-7倍，此時啟動電流會較大影響電網(wǎng)電壓驟降，造成同期運轉(zhuǎn)的其他電機不能正常工作，有可能引起電網(wǎng)故障。全壓啟動電流對電網(wǎng)造成巨大壓降損失，供電所需采用電容進(jìn)行補償從而解決電網(wǎng)壓降問題，再者由于全壓啟動電流包含大量高次諧波造成臨近用電設(shè)備產(chǎn)生諧波污染，較大的啟動電流容易造成焦耳熱陡增，使導(dǎo)線外絕緣老化增加電網(wǎng)成本，同時容易造成電機絕緣損壞造成電機老化。

1.2降壓限流啟動

（1）使用電抗器啟動：使用電抗器時啟動電流大，一般在4Ie以上，平均啟動電磁轉(zhuǎn)矩較小。電抗器一般根據(jù)用戶提供的電機及負(fù)載參數(shù)制作，一次成形，參數(shù)不可調(diào)節(jié)，工況適應(yīng)性差，電機功率一般在2000kW以下。（2）采用自耦變壓器啟動：采用自耦變壓器時啟動機械特性也比較硬，啟動電流較小，平均啟動電磁轉(zhuǎn)矩小，不允許連續(xù)啟動及頻繁啟動。雖然有幾種抽頭可供選擇但難以保證電機啟動性能最佳，甚至有可能滿足不了啟動要求。

1.3軟啟動器的工作原理及特性

軟啟動器主要是利用固態(tài)晶閘管可靈活控制導(dǎo)通性的開關(guān)特性，它串接于電源和電機之間，當(dāng)電機啟動時，閘管的輸出電壓由設(shè)定的較低電壓逐漸增加，同時電機開始轉(zhuǎn)動，隨著電壓的增加逐漸加速，直到電機達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，晶閘管全導(dǎo)通，電機端電壓達(dá)到額定電壓，啟動完成。由于軟起采用晶閘管這一可控元件，在電機啟動和使用過程中有以下明顯特征。①啟動電機可調(diào)節(jié)大小，可實現(xiàn)電流平滑、較小（一般為電機額定電流的2-4倍），對電網(wǎng)無較大沖擊，不會造成電網(wǎng)電壓較大波動。②啟動初始轉(zhuǎn)矩較小（一般僅為直起轉(zhuǎn)矩的25%以下），啟動全程不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，不會對機械連接設(shè)備造成較大沖擊。③可控性好，有各種常態(tài)保護(hù)，電流限制、最長啟動時間保護(hù)、啟動次數(shù)及周期設(shè)定等，避免啟動電機過程中出現(xiàn)過流、過熱、時間過長，啟動頻繁等問題的出現(xiàn)。④啟動完成后，切換到旁路運行，延長了軟起壽命，避免了諧波對電網(wǎng)的污染。⑤多種啟動方式設(shè)定（脈沖啟動、階躍啟動、斜坡恒流啟動、斜坡升壓啟動），滿足不同條件設(shè)備的需求。⑥多種結(jié)構(gòu)方式，如一拖一、一拖多、雙條節(jié)、軟停等功能可以為用戶節(jié)約大量設(shè)備費用，更加靈活設(shè)計啟動方式。⑦設(shè)備體積小，節(jié)省空間面積，而且免于維護(hù)保養(yǎng)。可節(jié)約大量廠房和運營維護(hù)費用。

1.4自耦降壓啟動

自耦降壓啟動也屬于是一種硬啟動，一般情況下也是在額定電壓80%的情況下啟動，啟動電流較大，同樣會引起較大壓降，出現(xiàn)電機啟動困難問題。電網(wǎng)電壓低于額定電壓，自耦降壓啟動將會很難正常啟動，主要的原因是，電機在啟動時對本來就低于額定電壓的網(wǎng)電壓降得更低，正常運行的過程中，降壓運行的交流接觸器經(jīng)過設(shè)定的時間而斷電，而正常運行的交流接觸器的電磁鐵很難克服彈簧的張力使接觸器閉合而正常運轉(zhuǎn)的目的。多臺大型設(shè)備同時啟動時，啟動電流很大，引起的網(wǎng)電壓降過大出現(xiàn)啟動困難的故障，要避免多臺大型設(shè)備同時啟動的發(fā)生。出現(xiàn)啟動困難時有可能是電機中軸承間隙過大或損壞引起的啟動電流過大，應(yīng)經(jīng)常檢查電機的軸承，維護(hù)或更換，以免造成燒壞電機的事故發(fā)生。負(fù)荷過大也能造成電機啟動困難的現(xiàn)象，主要的原因是在大負(fù)荷的情況下啟動電機，電機的啟大，引起的電壓降也會很大，從而會出現(xiàn)啟動困難的故障。

2電網(wǎng)電壓波動對設(shè)備的影響分析

當(dāng)壓降過大時，會造成機組欠電壓跳電的情況發(fā)生。（1）電網(wǎng)電壓上升對電機的影響。對電網(wǎng)來講，異常升壓時，供配電系統(tǒng)能正常工作，變壓器內(nèi)線圈的勵磁電流、噪音、損耗會有所增加;而在工頻條件下運行的風(fēng)機、水泵等電機則會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速上升等情況。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生諧振等情況會引起電網(wǎng)電壓的急劇上升，造成電機損壞。為避免相關(guān)損失的發(fā)生，一般在高壓供配電系統(tǒng)的進(jìn)線端均安裝過電壓吸收設(shè)施，但低壓供配電系統(tǒng)則較少安裝相關(guān)設(shè)施，對電機正常工作造成較大影響。（2）電網(wǎng)電壓下降對電機的影響。當(dāng)電網(wǎng)電壓異常下降時，電機的輸出功率則以平方量下降，嚴(yán)重影響電機正常工作。在下降前，若電機的負(fù)載是一定的，下降后的一小段時間，電機由于慣性負(fù)載還是沒有太大變化。這個時候，電機依然需要輸出如此大的轉(zhuǎn)矩才能拖動。電機在電壓下降時為了能夠輸出那么大功率，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本不變?T?一定時，轉(zhuǎn)速?N?也基本不變，此時若?P?也基本不變，而電壓下降。電流就只有增加。電機重載且電壓下降幅度較大時，磁通量增大，電流增大，轉(zhuǎn)速將明顯下降，嚴(yán)重時，電機將堵轉(zhuǎn)，有可能燒壞停止。

3對大功率電機安全運行若干方面的思考

3.1選型條件和注意事項

在選型時要注意以下與選型相關(guān)的條件：第一，電機參數(shù)，在選擇電機保護(hù)器時，要先對電機進(jìn)行檢查，明確電機的規(guī)格型號、功能特性、防護(hù)型式、額定電壓、額定電流、額定功率、電源頻率和絕緣等級等相關(guān)的基本信息，并根據(jù)這些電機的基本信息來作為選擇保護(hù)器的參考;第二，要對電機使用的地點的周圍的環(huán)境條件進(jìn)行勘察，了解周圍是否存在高溫、高寒、高腐蝕、振動、風(fēng)沙、電磁污染等問題;第三，由于像風(fēng)機、水泵、空壓機、車床、油田抽油機等的負(fù)載機械的特點不同，因此，要根據(jù)拖動機械設(shè)備的要求了解電機用途;第四，在選型時要注意電機保護(hù)器的控制方式，分清是手動、自動、就地控制、遠(yuǎn)程控制、單機獨立運行還是生產(chǎn)線集中控制;第五，審查現(xiàn)場生產(chǎn)的監(jiān)護(hù)管理現(xiàn)狀，防止電機保護(hù)器在工作中非正常停機。對于不同的電機工作條件，要選用不同類型的電機保護(hù)器。

3.2大功率電機轉(zhuǎn)子通風(fēng)散熱方式

合理地選取通風(fēng)孔入口進(jìn)風(fēng)速度對實現(xiàn)散熱效率的提升非常重要，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提升可使對流換熱量增長，因為通風(fēng)孔內(nèi)空氣流通受離心力和科萊奧來力的影響產(chǎn)生強烈的二次流，當(dāng)二次流越劇烈則通風(fēng)孔對流換熱越充分。在機電制作過程中提升轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔直徑也可優(yōu)化轉(zhuǎn)子散熱效率。因此優(yōu)化轉(zhuǎn)子散熱，增強風(fēng)冷散熱量可有效降低轉(zhuǎn)子和軸承溫度，提升機電運行的可靠性和安全性。

結(jié)語

綜上所述，一般對于1000kW以內(nèi)的電機，在變壓器容量允許情況下可采用全壓啟動;但超過1000kW電機應(yīng)盡量避免采用直接啟動方式，可以選用變頻啟動或者降壓啟動方式。使用變頻啟動，能延長機械的使用壽命，節(jié)約用電量，但前期的設(shè)備購買費用較高，維護(hù)費用也較高;降壓限流啟動時要考慮校驗電動機的端子電壓以及啟動電流，使其滿足所拖動機械的最小轉(zhuǎn)矩要求。

參考文獻(xiàn)：

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[2]周芹剛，孫本勝.大功率電機啟動方式的比較與選擇[J].氯堿工業(yè)，2019（8）：13-15.

（作者單位：中國石化塔河煉化公司）