新型启动技术在电拖式压缩机组上的应用

安春江

（唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305）

2012年由于公司生产的需要决定安装一台电拖式空气压缩机用于纯碱生产，经测算在保证生产工艺参数要求的条件下，应采用2 500kW异步电动机作为压缩机的动力源；针对我公司电网系统参数，选择运行额定电压为6kV的电动机。由于我集团电力系统为自备电厂供电的小型电网系统，容量较小，我公司乃至全集团都没有使用过如此大容量的电动机，直接启动这么大容量的电动机必将对系统产生较大的冲击而造成整个电网电压的波动，那么如何顺利启动电动机来满足生产的需要成为该项目的主要解决的问题。

1 异步电动机启动特点

众所周知普通异步电动机启动电流将达到额定电流的5～7倍，而启动转矩只有额定转矩的0.4～1.6倍。它在电网条件（电机启动时的电网压降小于10%）和工艺条件（启动转矩满足）允许的情况下，可以直接启动。但对于大容量电动机来说当电机启动电流达到额定电流的6～7倍时，线圈发热量是电机在正常运行时的36～49倍，产生的电磁力同样达到了36～49倍。过高的温度、过快的加热速度、过大的温度梯度和电磁力，产生了极大的破坏力，缩短了定子线圈和转子铜条（特别是转子常利用趋肤效应现象，降低启动电流，转子铜条在启动时，表面的温度达到350℃以上）的使用寿命，同时启动过程中需要从电网吸取大量无功来建立旋转磁场造成启动损耗过大，给电机和电网都将造成极大的危害。

2 设计方案的制定

2.1 供电方案的制定

公司用电来自于热电分公司，热电分公司的电源分别进入股份公司生产装置变电所、辅助装置变电所、第四变电所、固定铵变电所，供电采用放射式供电方式向各用电设备供电（如图1所示）。由图1不难看出3＃发电机容量为30MW，又比较各6kV母线段的负荷情况，也只有3＃发电机母线所供电的固定铵变电所6kV I段负荷量较低，具备为压缩机电动机供电的条件（如图2所示）。

图1 供电系统简图

图2 固定铵变电所Ⅰ段系统图

2.2 启动方式的选择

较早的高压降压起动中，我国采用电抗器降压起动居多，传统的电抗器存在阻抗不可调，起动特性不好，功率因数低等缺点，目前国内已很少使用。而大容量高压变频技术国内成熟产品很少，应用并不广泛，关键设备依然依赖于进口设备，然而高昂的购置费用和维护成本又是用户的很大负担，因此国内更多的是使用晶闸管串联式软启动器，但由于晶闸管耐压等级所限只能采用数个晶闸管串联来降低每个晶闸管的压降，然而如晶闸管组内有一只元件存在薄弱因素将导致整个软起的故障。磁控式软启动器正是在以上的基础上进行改良产品，通过在电抗器中加入控制绕组，利用电、磁控制技术，外部自动控制单元调整控制绕组中电流的大小，控制磁导率来调节电压的手段，改变励磁实现电动机软起动。起动过程中，电抗器两端的电压（电流）根据起动电流自动调整，由大变小无级变化，使电动机端电压平滑上升至额定值。磁控理论上可以调速，但是实际应用反映在起动过程上，当达到最优化起动后，起动电流是不进行调整的，因此是一种限电流软启动模式，其可靠性较高，故障率低，因此我们选择磁控式软启动器作为电动机的启动设备。

然而电动机定子串入电抗器的启动模式加大了感性无功的需求，造成启动中需从电网中吸取大量的无功来保证电机的旋转磁场的建立，造成发电机发出大量的无功以保证启动的需要，造成电网电压下降功率因数降低，系统损耗加大，为解决这个问题我们引入就地容性无功补偿配合磁控式软启动器启动电动机的控制方式，不但弥补电动机及电抗器的感性无功缺额，而且提高启动时系统电压降低启动电流。启动一次方案图如图3所示。

图3 启动一次方案图

2.3 工作原理

整个启动装置包括电源部分、软启动部分、旁路运行部分，启动补偿部分、运行补偿部分和控制系统组成。电动机启动前将电源断路器6101合上，现场启动电动机控制按钮，KM1真空接触器闭合，同时KM3、KM4闭合，磁控式软起动器开始工作，自动以限流模式启动电动机，同时就地无功补偿装置全部投入，当电动机达到额定转速时软启动器控制KM2闭合，同时KM1、KM4断开，切除软启动器和启动补偿装置，电动机由旁路接触器KM2保持正常工作状态，同时通过运行补偿装置为电动机提供无功补偿。

当启动过程出现问题可从现场直接按下停车按钮，分断KM1真空接触器，当正常运行状态需停车时也同样按下停止按钮分断KM2旁路接触器来完成停车操作。

3 应用效果

表1 电机启动实测值

表1为压缩机带负载试车时的实际记录数据，单纯采用磁控式软起动器启动时，系统电压降低0.9kV，已超过系统电压波动不超过±10%的国家标准，因此必须加入无功补偿来保证电能质量的要求。无功补偿装置投入启动运行后，启动时无功补偿装置1500kvar的容性无功全部投入以补偿电动机和电抗器的感性无功，启动时电压降低0.4kV，满足电能质量的要求，同时压缩机启动电流降低140A，运行电流降低20A，功率因数提高到0.96。

由此可见，此启动方式不但能够可靠顺利的启动大容量电动机，而且优化了电能质量，保证了电网系统的稳定，尤其在有限小容量电网中起到了良好的使用效果，并且由于启动、运行电流的降低，功率因数的提高降低了线路损耗，节约了能源，是一举多得的新型电机启动运行模式。