大型异步电动机启动压降的计算设计研究

高振魁

摘 要 异步电动机是生产企业重要的设备，其是否正常运行以及精确的做到升降直接影响到企业的正常生产，因此对异步电动机启动压降的计算显得很有必要。异步发电机的优点在于装备投资费用、维护以及运行费用都比较低，同时稳定性、可靠性都比较高，因此在生产中被广泛使用。文章主要以特钢厂为例讲述大型异步发电机的启动计算，采用不同方法来计算理论值，并与实测值进行比较得出最佳的计算方法，希望能为工作人员带来一些帮助。

关键词 异步发电机；启动升降；计算方法

中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）02-0037-01

大型异步发电机作为强大的电动机械设备，是电力转化为电能的中枢系统，在启动时由于电流的冲击产生大幅度的冲击负荷，使得整个供电系统的电压产生大幅度波动，影响供电系统的正常运行，甚至还会发生人身伤亡事件。因此有必要计算启动升降产生的电压波动，选取相适应的变压器以及启动方式，保证供电系统正常运行。本文针对某特钢厂制氧车间大型异步电动机的启动过程，采用3种不同的电动机启动计算方法进行计算。

1 特钢厂异步发电机数据概述

本文所选钢厂为国家级大型钢铁生产企业，是碳钢和不锈钢的生产基地，年产钢总量为500万吨，该钢厂的制氧车间供电系统是35 kV电源，电源额定有功功率PJ=3415.3 kW，无功功率Qj=1519.4 Kvar，自然功率因数cosΦ=0.91。有两个异步发电机最大功率为2500 kW，其中一个作为备用设备，为了不影响企业的正常生产，能够保证一台发电机在连续工作的情况下，可以启动另外一台发电机替换使用，钢厂供电变压器暂定为6300 kVA。该钢厂的供电系统最小运行时，变压器一次短路容量Sdx=322.4766 MVA，二次短路容量Sbs=66.6400 MVA，钢厂异步发电机是YKZ-2500系列，Ue=6KV，Ie=0.276 kA，转速2985 r/min，Ks=5.5，有用功率96%。变压器与电动机线路长100m，线路横截面积3×150 mm2，电动机启动时正常情况下，Qj=570.44 Kvar，PJ=1590.3 kW，变压器负荷率为60%，基准容量SJ=100 MVA。

2 异步电动机启动升降的计算

2.1 启动时波动电压计算

变压器参数Sbe=6.3 MVA，Ud%=7.5%，三相短路容量Sbs=66.64 MVA，Xo=0.08 Ω/km，XL=（Xo+5/S）L=（0.08+5/150）×0.1=0.011 Ω，额定容量SNm=√3UeIe=6×√3×0.276=2.868 MVA。启动后，系统回路启动容量SSm=Ks·SNm=15.774 MVA，无功功率QIX=0.6（Sbe-0.7SNm）=2.575 MVA。输出容量Ss=1/[1/SSm+XL/U2N]=15.699 MVA，母线处电压U2=（Sbs+QIX）/（Sbs+QIX+SS）=0.815，电机接线处电压U3=U2·SS/SSm=0.811，启动电流，克服转矩作序最小电压=0.605，此时U3大于Uqd能够成功克服机械静阻转矩启动。根据以上计算，如电动机启动升降系统不经常启动，那么电压相当随之要求高于85%，电动机虽然能够成功克服机械静阻转矩启动，但是由于母线电压较低，不宜对异步电动机启动升降进行直接启动的方式。

2.2 简化计算法

系统元件电流X*xt=Sj/6300 kVA，变压器电抗X*b=Ud%·Sf/100Sbe=53.6704，负荷电抗X*fh=Z*fh·sinФ=18.3016，线路电抗X*l=Xxl·L·SL/2Uj2=0.0101，电动机电抗X*d=SjUe2/SqdUj2=5.5095，电动机启动容量Sqd=PPKs×10-3/0.96cosФ=16.4631。系统启动母线cosФ=0.94，sinΦ=0.341变压器满载运动时，变压器阻抗X*eb=X*b·Sbe/Sj=0.0753。并联电路阻抗X*l=X*Xl+X*d=5.5196，X*2=XXL/X*fh=4.2407，X*3=X*Xf+X*h=1.5006，电动机转子处电压U*3=U*2·X*d/X*l=5.7413。启动后电动机转子处电压U*3=0.7611×6.3×100%/6=79.92%。

2.3 采用阻抗导纳法进行计算

全压启动时系统阻抗Z*xl=X*xl=0.3101，变压器阻抗Z*b=X*b=1.1905，负荷阻抗Xfh=Zfh·sinФ=18.3016，线路阻抗X*xL=Xxl·LSj/2Uj2=0.0101，电动机阻抗R*qd=Z*qdcosФqd=1.5?151，串联电路阻抗X*1=X*x1+X*qd=5.3072。并联电路电动机支路导纳电纳B*1=X*1/Z2*1=0.1740，负荷支路电纳B*fh=X*fh/Z2*fh=0.0064，并联电路电纳X*2=B*2/Y2*2=4.8582。母线电压U*2=U*1·Z*2/Z*4=0.8086电动机端子电压U*3=U*2·Z*2/Z*I=0.8066，电动机接线端电压U3=U*3Uj/Ue×100%=84.693%。

3 计算值与测量值的比较

上文不同方法得到的母线电压相对值%分别是81.7、80.06、84.90，发电机端电压百分比%分别是76、79.92、84.69，三种计算方法都能够客服电动机机械静阻转矩启动，其中电压波动计算方法与简化计算方法都不能采取直接启动的方式，阻抗导纳法可以采取直接启动。实际启动时考虑到电压表的测量误差，采取瞬间测量值作为母线电压的下降值，所得母线电压相对值U2=（4.8+5.4）/8=85%，阻抗导纳法所得结果84.6%最接近测量值。电压波动计算与简化计算法均忽略供电系统电阻的影响，得出的数值都偏低。在计算中可以看出，发电机启动之前减小预接负荷，有利于电动机的启动。

4 结束语

综上所述，本文以特钢厂为例，使用了3种不同的计算方法来计算异步发电机启动升降时的电压。电压波动计算法和简化计算法在计算过程中，忽略了供电系统中的电阻值，这样做

可简化计算过程，但会造成计算值比实际值偏小。详细阻抗导纳法在计算过程中计入电阻和电抗2个部分，虽然使计算过程相对复杂，但其理论计算值与实际情况较接近，因此，前2种简化计算法可用作粗略估算，而详细阻抗导纳计算将是决定电动机供电系统是否正确、合理的论证关键。因此，采用详细阻抗导纳计算法，对正确、合理地选择和论证大型异步电动机的启动方式和供电变压器容量具有很重要的意义。

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