大容量电动机直接启动方式可行性分析

李燕飞，李辉，肖俊先

(1.湖南省湘电试验研究院有限公司，湖南长沙410007；2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

大容量电动机直接启动方式可行性分析

李燕飞1，李辉2，肖俊先1

(1.湖南省湘电试验研究院有限公司，湖南长沙410007；2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

在变频器损坏时，大容量电动机直接启动对确保电厂安全运行具有一定价值和意义。本文结合某火力发电厂的电气结构及运行方式，通过相关计算、试验及分析，作出论证了大容量电动机直接启动的可行性，对同类型电厂具有一定借鉴意义。

大容量电动机；直接启动；冲击；可行性

经多年的技术开发，电动机的启动方式有了长足的发展。笼型异步电动机的启动一般具有以下3种方式:全压 (直接)启动、降压启动、变频软启动。其中，全压 (直接)启动具有启动时间短，启动过程简单的优点，但是启动电流大，一般是额定电流的4～7倍。大容量电动机的直接启动对母线电压有较大的冲击。对于容量大、启动时间长的电动机一般不允许采用直接启动方式。

1 方案的提出

某厂对厂用6 kV A，B引风机进行了技术改造，将其扩容至4 200 kW，并分别配置一台变频器。因变频器为易损设备，在变频器无法正常投入使用时，为保证正常的开机，该厂提出了引风机直接启动的方案。文中结合该厂厂用结构及运行方式对该方案的可行性进行了计算分析及试验验证。厂用电结构示意图如图1所示。

图1 厂用结构示意图

2 设备参数及启动计算

2.1 设备参数

相关设备参数见表1，2，其中启备变高压侧与低压侧的Ud为18.00%。引风机启动特性参数见图2。

表1 启备变设备参数

表2 引风机设备参数

图2 引风机启动特性参数

2.2 引风机启动时母线电压理论计算

为了最大限度降低引风机启动对6 kV母线电压的影响，只考虑启备变分支单独带引风机运行情况。依据文献 〔3〕提供的推导公式，对引风机启动时的母线电压进行估算。

式中 Um为启动时母线电压(标么值)；U0为厂用母线上的空载电压(标么值)；S为启动时系统总容量系数；X为变压器电抗XT(标么值)。

1)启备变电抗XT以变压器分支绕组容量为基准的标么值:式中 ST为变压器的额定容量 (kVA)；S2T为低压或分裂组的额定容量 (kVA)；

2)启动引风机时容量系数

式中 S1为引风机启动前已带负荷标幺值；Sq为引风机启动容量标幺值。

从图2引风机启动特性参数可知，其启动电流在5～6倍额定电流。考虑到启动时母线压降，计算时取5倍额定电流。

式中 Kq为电动机的起动电流倍数；Pe为电动机的额定功率 (kW)；ηd为电动机的额定效率；cosφ为电动机的额定功率因数。

因6 kV母线空载，故S1取0，则引风机启动时的母线电压的计算值为:

从上述计算可知，在6 kV母线单独启动引风机时，母线电压约为额定电压的85%。

2.3 引风机启动对保护的影响

依据引风机启动特性参数 (图2)取启动电流约为:

Iop＝5In＝5×484＝2420(A)由表2可知，90%Un工况下，启动时间为29 s。母线空载引风机启动时母线电压计算值为85%，初步取引风机启动时间为38 s。

母联开关采用IEEE中度反时限过流保护，其动作判据为:

式中 时间倍数 K为 1.3；启动电流值 Itap为1 800 A。

计算引风机启动时反时限动作时间为:

可以看出，母联开关反时限保护不能躲过引风机启动时间，故将定值修改为:时间倍数 K为

2.9；启动电流ITap为2 000 A。

修改后，反时限动作时间为:

考虑到修改后反时限定值在发生最小方式母线两相短路时延时过长的情况，另外增加母联定时限过流保护，按最小方式母线两相短路电流2倍灵敏度整定，动作延时较启备变低压侧瞬时过流保护少一个时间级差。

从该厂厂用电定值核算书查阅可知，最小运行方式下，6 kV母线发生两相短路的电流一次值为16 774 A，启备变低压侧瞬时过流保护动作时间为0.5 s，故整定母联过流保护定值为:

显然，该保护动作值远大于引风机启动电流，能躲过引风机启动工况。

启备变低压侧开关保护采用IEEE中度反时限过流保护，原定值为:时间倍数K＝1.5；启动电流值Itap＝2 624 A。

启动电流为2 420 A时，启备变低压侧反时限保护不会启动。

2.4 引风机启动试验

为验证引风机启动相关计算参数的正确性，对相关保护定值作出相应的调整。通过启备变带C分支，再经母联开关单独带6 kV A段引风机，进行了引风机的直接启动试验。试验结果如图3，4所示。

图3 引风机启动电压曲线

图4 引风机启动电流曲线

从试验数据可以看出，引风机启动电流大小约为2 400 A，且大小在启动过程中基本保持恒定，启动时母线电压约为85%额定电压，启动时间约为36 s。

3 直接启动引风机可行性分析

依据文献 〔3〕要求:大容量的电动机正常起动时，厂用母线的电压应不低于额定电压的80%。

母线空载，引风机启动时母线电压为85%Un，已接近最低要求值。为了最大限度减小引风机启动对母线电压的影响，应尽量降低其它厂用负荷。

根据电厂运行人员提供的基本起机方式，在引风机启动前，循环水泵3 000 kW，磨煤机370 kW，轴冷却水泵310 kW，锅炉给水泵4 900 kW。

在基本起机负荷下，引风机启动时的母线电压计算值:

故按基本的起机负荷，引风机启动时母线电压为额定电压82%，大于规定要求的最低母线电压值，直接启动具有可行性。

4 结论与建议

综上所述，该厂在基本的起机负荷条件下，通过适当修改相关保护定值，该引风机具有直接启动的可行性。

因该引风机直接启动的电流过大，启备变在引风机启动时处于过载状态，虽然过载时间不长，但长期、频繁的启动对变压器的寿命存在一定的影响，且母线电压过低会造成已运行电动机转矩急剧减小，转速降低，温度升高，加速绝缘老化。建议直接启动方式仅作为应急使用。

〔1〕 李瑞荣.短路电流实用计算 〔M〕.北京:中国电力出版社，2003.

〔2〕高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术 〔M〕.北京:中国电力出版社，2005.

〔3〕火力发电厂厂用电设计技术规定:DL/T5153—2002〔S〕.北京:中国电力出版社，2002.

Feasibility analysis on direct starting mode of large capacity motor

LI Yanfei1，LI Hui2，XIAO Junxian1
(1.Hunan Xiangdian Test＆Research Institute Co.，Ltd，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

Direct start mode of large capacity motor is of certain value and meaning to guarantee the secure operation of power plant when the converter is broken.Combined with the electrical structure and operation mode of a coal－fired power plant，the feasibility of direct starting is verified through relevant calculation，experiment and analysis.The conclusions in this paper offer certain references for similar power plant.

lager capacity motor；start directly；impact；feasibility

TK223.26

B

1008－0198(2016)06－0051－03

10.3969/j.issn.1008－0198.2016.06.014

李燕飞(1980)，男，工程师，大学本科，从事电力系统及自动化的研究工作。

2016－03－18

李辉(1983)，男，高级工程师，博士，从事电力系统及自动化的研究工作。

肖俊先(1987)，男，助理工程师，大学本科，从事电力系统及自动化的研究工作。