6kV異步電動機啟動實用計算(修改稿一)

1、大型異步電動機啟動方式選擇劉劍峰中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司 甘肅 蘭州 730000【摘要】本文結(jié)合具體工程實例，介紹了輸水泵站35/6.3kV變電站主變壓器容量選擇，6kV異步電動機直接啟動機、串電抗降壓啟動及自耦變壓器降壓啟動的計算過程【關(guān)鍵詞】6kV 異步電動機 啟動 計算1 大型電動機的啟動1.1 啟動方式大型電動機起動時，對供電電網(wǎng)、被拖動機械設(shè)備的安全和電動機本身均會產(chǎn)生較大影響。一般情況下，在電網(wǎng)容量、電動機自身技術(shù)條件及機械設(shè)備許可的情況下，應(yīng)首選全壓直接啟動方式，當(dāng)全壓啟動條件不滿足時，可采用電抗器降壓啟動、自藕變壓器降壓啟動以及軟啟動等方式。對于繞線式異步電動機還可

2、以采用轉(zhuǎn)子串電阻方式啟動，對于同步電動機可以采用準(zhǔn)同步方式啟動。1.2 啟動條件決定大型電動機啟動方式的因素有三個：啟動時的母線電壓、電動機的定子端電壓、電動機及生產(chǎn)機械的動熱穩(wěn)定性。1.2.1 啟動時的母線電壓電動機啟動時，對電網(wǎng)造成的電壓降不能超過以下規(guī)定數(shù)值：1）一般要求：經(jīng)常啟動的電動機，不大于10%，偶爾啟動的電動機，不超過15%；2）在保證生產(chǎn)機械所要求的啟動轉(zhuǎn)矩而又不致影響其他設(shè)備的正常工作時，其壓降可允許為20%或者更大一些。1.2.2 電動機定子端電壓由于變壓器繞組阻抗的存在，電動機啟動瞬間，極大的啟動電流可能導(dǎo)致電動機定子實際端電壓低于啟動電壓，導(dǎo)致啟動失敗。1.2.3 電

3、動機和生產(chǎn)機械的動熱穩(wěn)定電動機和生產(chǎn)機械應(yīng)能承受啟動時的沖擊力，即應(yīng)滿足電動機和生產(chǎn)機械的動穩(wěn)定要求。對于個別型號電動機，還應(yīng)滿足制造廠規(guī)定的熱穩(wěn)定要求。 2 啟動方式選擇 下面，結(jié)合具體的工程實例，介紹大型異步電動機啟動方式的選擇。2.1 工程概況：甘肅某大型國有冶金企業(yè)自備水源輸水泵站進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造。泵站原安裝有前蘇聯(lián)產(chǎn)水泵機組兩套，同步電動機拖動，電動機額定電壓6kV，額定功率2700kW。泵組工作方式一用一備。泵站附設(shè)35/6.3kV戶外式變電所，35kV架空線路供電。變電所安裝SLJ-3150/35/6.3kV電力變壓器兩臺，一用一備。技改內(nèi)容包括：1） 更換新型高效水泵及拖動電動

4、機，在保障供水的同時，降低電能消耗。2） 更換新型節(jié)能變壓器并降低變壓器容量。3） 與上述工作相關(guān)的配套設(shè)施改造。改造后泵站供配電系統(tǒng)簡圖如下：圖一 改造后供電系統(tǒng)圖2.2 設(shè)備選型2.2.1 電動機選型計算1）電動機選型：工藝專業(yè)提供的水泵技術(shù)參數(shù)如下：流量 Q=3150m3/h=0.875m3/s揚程 H=173m效率 p=0.815N：水泵軸功率 kW：液體密度 kg/m3p：水泵效率c：機械設(shè)備傳動效率，本工程電動機與水泵采用聯(lián)軸器剛性連接，取值為1 d：電動機效率 Pc：水泵機組計算有功功率 kW Pm：電動機額定功率 kW k：裕量系數(shù)，查設(shè)計手冊，本工程取值為1.05 經(jīng)過技術(shù)經(jīng)

5、濟比較，本次改造采用異步電動機拖動。根據(jù)上述計算結(jié)果并結(jié)合工藝專業(yè)提出的水泵轉(zhuǎn)速要求，水泵選型為Y6303-6。該型電機技術(shù)參數(shù)如下：額定功率Pnm=2000kW，額定電壓Unm=6kV，定子額定電流Inm=227A額定轉(zhuǎn)速nnm=993rpm電動機效d =96.4%功率因數(shù)COS=0.88啟動電流倍數(shù)（啟動電流額定標(biāo)幺值）：KIst=Ist/Inm=5.75啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（啟動轉(zhuǎn)矩額定標(biāo)幺值）：Kmst=Mst/Mnm=1.05最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（最大轉(zhuǎn)矩額定標(biāo)幺值）：Kmax=Mmax/Mnm=1.9 其中：Mnm：額定轉(zhuǎn)矩 Mst：啟動轉(zhuǎn)矩 Mmax：最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量：J=173kgm2另，

6、根據(jù)工藝專業(yè)提供的設(shè)計選型樣本，水泵轉(zhuǎn)動慣量：J=262.08kgm2。2）電動機基礎(chǔ)參數(shù)計算： 式中 Snm：電動機額定容量 MVA Ssm: 電動機額定啟動容量 MVA2.2.2 主變壓器選型計算： 式中 STN：主變壓器容量 kVA Pnm：電動機額定功率 kW PM：照明等總電用電負(fù)荷 kW PZ：水泵軸功率 kW K1：電動機負(fù)荷系數(shù) K2：照明同時系數(shù) K3：修正系數(shù)，本工程取1 n：同時工作水泵的數(shù)量，本工程取1根據(jù)上述計算結(jié)果，變壓器選型為：S11-2500/35/6.3kV，變壓器短路阻抗uk%=7。2.2.3 無功功率補償容量 考慮留有一定補償裕量，補償容量確定為120kv

7、ar。2.3 啟動計算2.3.1 啟動條件根據(jù)產(chǎn)品樣本，本工程所選型的異步電動機及水泵的動穩(wěn)定及熱穩(wěn)定性均可以滿足直接啟動，因此將啟動條件設(shè)定為：1）啟動時6kV母線電壓水平不低于額定電壓的80%，即啟動時母線電壓的額定標(biāo)幺值不小于0.8；2）電動機定子端電壓滿足啟動轉(zhuǎn)矩要求。2.3.2 母線短路容量：泵站35kV電源引自城市電網(wǎng)直接引入，按無限大電源系統(tǒng)供電計算。式中 Sbs：母線短路容量 MVA Sxtmin：供電變壓器一次側(cè)正序小方式短路容量 MVA xdx：主變壓器電抗相對值 uk%：主變壓器短路阻抗 Xdx=Ud%/100 2.3.3 全壓直接啟動：根據(jù)泵站改造后系統(tǒng)結(jié)線及運行方式，

8、繪制出水泵機組全壓直接啟動計算電路圖，見下圖：圖二 全壓直接啟動計算電路圖1） 全壓啟動時6kV母線實際電壓計算：式中 Ss：啟動回路的額定輸入容量 MVA usb：啟動時母線電壓百分?jǐn)?shù)（額定標(biāo)幺值），即 Usb:啟動時母線實際電壓值 kV Ub：母線額定電壓 kV Xxl：電動機供電線路電抗值在上述計算中，因電動機供電電纜距離很短，故此忽略Xxl。2） 啟動時電動機定子端電壓計算：式中 usm：電動機啟動時的端子電壓相對值（額定標(biāo)幺值），即 Usm：電動機啟動時的端子電壓 kV Unm：電動機的額定電壓 kV3） 啟動電流：式中 Ism；電動機的啟動電流 kA Is：電動機啟動時啟動回路的輸

9、入電流 kA4） 電動機端子電壓水平校驗：如滿足如下校驗公式，即滿足電動機啟動轉(zhuǎn)矩要求：式中 Mpj：水泵靜阻轉(zhuǎn)矩額定標(biāo)幺值，查設(shè)計手冊，該值取為0.35）結(jié)論：全壓直接啟動時，電動機啟動轉(zhuǎn)矩滿足要求，但母線電壓水平不滿足設(shè)定要求。2.3.4 串電抗降壓啟動：根據(jù)泵站改造后系統(tǒng)結(jié)線及運行方式，繪制出水泵機組串電抗降壓啟動計算電路圖，見下圖：圖三 串電抗降壓啟動計算電路圖1）電抗器降壓啟動可行性校驗校驗如滿足如下校驗公式，則串電抗降壓啟動可以滿足設(shè)定的啟動條件：校驗計算： 2）結(jié)論：校驗結(jié)果顯示，水泵機組串電抗教降壓啟動時仍不滿足設(shè)定的啟動條件，降壓啟動不可行。2.3.5 自耦變壓器降壓啟動根據(jù)

10、泵站改造后系統(tǒng)結(jié)線及運行方式，繪制出水泵機組串電抗降壓啟動計算電路圖，見下圖：圖四 自耦變壓器降壓啟動計算電路圖1）電抗器降壓啟動可行性校驗校驗如滿足如下校驗公式，則子偶變壓器降壓啟動可以滿足設(shè)定的啟動條件：校驗計算：滿足啟動條件，自耦變壓器啟動方式可行。2） 自耦變壓器變比選擇： 式中 k：自耦變壓器變比 uqm:電動機額定啟動電壓相對值（額定標(biāo)幺值），本工程所選電動機可以全壓直接啟動，故此取值為1根據(jù)設(shè)計手冊，選擇變比為0.73的電動機起動用油浸自冷式三相自耦變壓器。3） 自耦變壓器啟動時6kV母線實際電壓水平：4） 啟動時電動機定子端電壓計算：5） 啟動電流：6） 啟動一次的啟動時間7）

11、自耦變壓器容量選擇a)必須的子偶變壓器容量 b)電壓降低后所需自耦變壓器容量c)自耦變壓器容量確定： 根據(jù)設(shè)計手冊，自耦變壓器容量最終選擇為0.85MVA。8）結(jié)論： 水泵機組采用自耦變壓器降壓啟動時，6kV母線電壓水平達(dá)到額定電壓的78%，基本接近設(shè)定的啟動條件，自耦變壓器啟動方式可行。3 結(jié)束語本文結(jié)合具體工程實例，詳細(xì)介紹了6kV高壓異步電動機啟動方式選擇的計算過程。全壓啟動、串電抗器降壓啟動機自耦變壓器降壓啟動是異步電動機三種最傳統(tǒng)的啟動方式，雖然目前新型的軟啟動方式已漸成普及之勢，但上述三種傳統(tǒng)的啟動方式憑借其技術(shù)簡單、造價低廉、維護成本低的優(yōu)勢，仍在相當(dāng)范圍內(nèi)使用，尤其是在一些技改項目中。撰寫本文的目的，一方面是對已完成工程設(shè)計的一個技術(shù)總結(jié)，另一方面是想較為全面的介紹一