氧气公司二空压站改造工程2100kW电动机全电压直接起动的分析和计算
2011-01-27薛耀华
薛耀华
（武汉钢铁集团设计研究院有限公司，武汉 430080）
氧气公司二空压站改造工程2100kW电动机全电压直接起动的分析和计算
薛耀华
（武汉钢铁集团设计研究院有限公司，武汉 430080）
本文首先对高压鼠笼型电动机全电压起动的特点及电动机允许全压起动的条件进行了分析，结合武钢氧气公司二空压站改造工程中的电动机起动方式的问题，用电力系统中的短路电流的计算方法，计算电动机起动时供配电系统的母线电压水平，从而用数据证实了武钢氧气公司二空压站两台鼠笼型电动机能够全电压直接起动，为工程降低了投资、节约了成本，对今后设计具有一定的推广价值。
高压鼠笼型电动机；起动方式；全电压起动；电压水平
1 引言
高压鼠笼型电动机起动方式可分直接起动和降压起动两种方法。直接起动也称全电压起动。全压起动方式其起动所需设备简单，操作简便，价格便宜，起动快。特别是紧急备用的情况下，为工程设计和现场应用的首要选择。但是，直接起动方式起动电流大，鼠笼型电动机的起动电流为额定电流的4～7倍；此外，直接起动时电动机机械设备会受到很大的冲击，同时电动机直接起动会引起公用母线上的电压波动，影响接在同一台变压器或同一条供电线路上的其他电气设备的正常工作。因此对于高压鼠笼型电动机特别是大型电动机采用全压直接起动时必须考虑其起动时母线电压水平，以保证其不超过允许值。
2 电动机允许全压起动的条件
电动机允许全压起动的条件为
（1）电动机自身允许全压起动。
（2）生产机械能承受全压起动时的冲击转距。
（3）起动时电动机端子电压水平应满足允许值。
以上第（1）、（2）条件设备厂家可根据制造规范及用户要求达到。
第（3）条件按标准规定，当电动机频繁起动时，电动机端子电压波动允许值应不低于90%；当电动机不频繁起动时（每班≤2次），电动机端子电压波动允许值应不低于85%。
3 武钢氧气公司二空压站改造工程中电动机起动方式分析及计算
（1）工程概况
武钢氧气公司二空压站原有空压机组设备老化，故障率高，且整体供气量不能满足公司发展需求，为此将原有三台空压机组更换为两台离心式空压机，其相应的电动机为两台2100kW鼠笼型电动机，且其系统供电方式应保持不变，本次改造投资约1000万元，属氧气公司该年度重点项目，但在电动机能否全压直接起动问题上存在着重大分歧。
按照常规保守做法，对于2100kW鼠笼型电动机，一般采用变压器－电动机组起动、电抗器降压起动或软起动器降压起动等起动方式，但变压器－电动机组起动、电抗器降压起动存在设备占地面积大，维护较困难的问题；而软起动器降压起动方式存在设备价格昂贵（特别是采用进口软起动设备），为此我们提出了电动机直接起动的设想，但主管部门考虑到电动机直接起动可能会引起公用母线上比较大的电压波动，从而影响同一母线上的其他用电设备的正常工作，对电动机直接起动有较大疑虑。
为此要想实现全压起动必须考虑电动机起动时母线电压水平，以保证其不超过允许值。
计算电动机起动时母线电压水平的方法如下：
如用预估算的方法，比如按电源的容量允许全电压直接起动的鼠笼型电动机最大功率估算（由变压器供电的电动机，其容量应不大于变压器容量的20%）等不能比较直观、准确地判定电动机是否能全压直接起动。
如用电力系统中的短路电流的计算方法，并根据电动机允许全压起动的条件，计算电动机起动时供配电系统的母线电压水平，是最直观、准确的方法。
本次设计采用后者。
以下是整个设计计算过程。
（2）计算用有关参数
1）武钢一总降参数
青山电厂110kV母线短路容量：
Smax=5291.0MVA；Smin=2398.08MVA
青112、青118线路：LGJ-240 3000m
一总降2#及3#主变压器参数
2#主变压器
额定电压比：110kV/10.5kV；
额定容量：50000kVA；
阻抗电压：10.1%；
联结组别：Y/△-11。
3#主变压器
额定电压比：110kV/10.5kV；
额定容量：40500lVA；
阻抗电压：10.81%；
联结组别：Y/△-11。
2）氧气公司二空压站更新空压机的电动机参数（两台电动机参数一致）
额定功率：2100kW；额定电压：10kV；额定电流：0.141kA；功率因数：0.894；起动电流/额定电流：6。
3）一总降至氧气公司二空压站线路参数：
电缆型号：YJV-10kV -1(3×185)
长度：约400m
（3）计算电路图及等值阻抗图
（4）母线短路容量Sbs计算
采用标么值计算法，并考虑由无限容量系统供电。
1）对于青112，110kV电源
其中电流量单位为kA，电压量单位为kV，短路容量单位为MVA，线路长度单位为km。
系统电抗标么值：
其中电流量单位为kA，电压量单位为kV，短路容量单位为MVA，线路长度单位为km。
系统电抗标么值：
其中，Sbs取最小值；usb＞0.9（电动机频繁起动时电压波动允许值）。
2）对于青118，110kV电源
其中，Sbs取最小值；usb＞0.9（电动机频繁起动时电压波动允许值）。
（6）计算结论
根据以上计算结果，电动机起动时，电压水平usb在标准规定的允许值范围内。依此判定武钢氧气公司二空压站两台鼠笼型电动机能够全压直接起动。
4 结论
本次设计承担了一定的风险，尝试着向常规思维、保守设计挑战。通过对电动机的全电压直接起动的计算，对全系统有一个非常清晰的认识，从而用直观的计算数据论证了武钢氧气公司二空压站两台鼠笼型电动机能够全电压直接起动。并以此指导该工程设备选型等设计。
现在，氧气公司二空压站两台鼠笼型电动机已投入运行，且运行效果良好。用实践证实了计算的正确性。本次设计为用户节约了近百万元投资，受到了用户的好评及主管部门的肯定，在今后的设计中具有一定的指导及推广价值。
[1] 钢铁企业电力设计手册.北京:冶金工业出版社,1996.1.
