大功率中压电机应急起动实践

＊何寿喜 阮翠英

（巨石集团有限公司 浙江 314500）

1.氧站供配电系统简介

氧站供电系统因实施方案分阶段，第一阶段VSA（分子筛工艺制氧设备），是一套老设备整修后进行过渡时期的供氧气方案，设备供电电压为6.6kV；第二阶段ASU（深冷工艺的制氧设备），是新建最终供氧气方案，供电电压为10kV。根据该计划所有用电都将由巨石埃及66kV变电站供应，变电站出线间隔电压为22kV，需要增加降压变，并且需要考虑两个电压等级，因此方案设计按照最终供气方案兼顾过渡方案执行。

氧站主电机功率：7400kW 10kV，具体电机参数如图1。

图1 现代电机参数表

氧站辅助变压器容量：1250kVA 10kV，总容量=7400kW/0.92+1250kVA=9293.48kVA。

根据总容量确定拟由两台12500kVA干式变压器供电方案，电压等级确定为22kV/10kV/6.6kV，要求主变低电压等级通过短接排来改接来实现6.6kV～10kV转换，实现一备一用，兼顾过渡期6.6kV电压等级提供VSA供电。氧站开闭所设置如图2。

图2 氧站开闭所系统图

根据图1开闭所设计，过渡时期主变电压等级设置6.6kV，投运后供VSA，主变一用一备。ASU建成投运后先将一台主变退出调整，接排电压等级设置在10kV，母线分段运行，投运后供ASU一对一供电，VSA退出运行实现主变一用一备确保供电安全，氧站供电模式如图3。氧站主电机起动方式为变频起动。

图3 方案1氧站供电系统图

2.故障发生情况

埃及2020年3月13日突起暴风雨，导致当地外部电网停电，巨石埃及66kV变电站也同时失电。停电多个小时后开始恢复。

在恢复过程中氧站主电机起动变频出线故障，无法起动电机。仅能用库存液氧继续紧急供应氧气，总库存仅能维持48h供应。情况非常紧急，一边全方位进行液氧采购筹集补充，一边进行全面诊断故障原因。最终确定为变频前置移相变压器有一相绝缘被击穿。如在埃及维修需要两个月，国内新造一台也需要两个月。

3月19日埃及封国，液氧供应仅能维持到3月20日，这时唯一方案——直接起动，最后经过公司董事会确定批准执行。

3.系统设备的验证

根据表1计算，不考虑变压器对电机起动进行模拟，2倍过流限制起动会堵转。3.2倍过流限制起动时间约1min，尖峰电流约在1536A左右。如果将2台12500kVA主变并联运行，基本1.06轻微过载，如图5采用软起方案可行。

表1 系统设备参数表

图4 电机启动曲线图

图5 电机软启动系统图

液空设备在现场的一套软起设备，具体软起原理如图6。经模拟计算可以用来起动主电机。但是安装和调试工作需要1周的时间，调试人员无法从欧洲前往埃及现场，该方案可行但也不能实施。

图6 类似电机参数表

唯一的方案就是冒险执行直接起动的方案了。了解到液空在其他项目的类似项目如图6电机参数，如图7电机起动计算，如图8电机起动曲线。该案例与本案的主要区别是在供电的电压，电源为35kV，本案22kV；电机6.6kV，本案10kV；起动电流5.6倍，本案5.0倍；压降27%，本案15%。所以本案的总体条件要好于上述案例。

图7 电机启动计算表

图8 电机启动曲线图

4.直接起动方案形成

根据直接起动成功案例，参照如图9采用直接起动方案，将一台变电站40000kVA主变供氧站，并将该主变接外部电源单独线路，消除主电机起动时影响。

图9 方案2氧站供电系统图

首先12500kVA主变（T4/T5）将承受2400A/2/721A=1.66倍过载；额定1250A开关（CB7/8/9）将承受2400A/1250A=1.92倍过载；开关CB7的CT600/5将承受2400A/600A=4倍过载；开关CB5/6/12的CT600/5将承受2400A/2/600A=2倍过载；开关CB4/11的CT400/5将承受2400A/2/2.2/400A=1.36倍过载；变电站主变T3轻微1.04倍过载；其他都在额定范围内。

油变短时微过载可行，干变短时1.66倍过载也可以，不会对设备造成损坏，但会短时绝缘老化加剧，但不会引起热击穿导致变压器烧毁，建议不超过2min，方案得到变压器厂确认。

电流互感器过载是一次侧过载，一次电流超过额定电流。计量CT一次侧不允许过载，保护CT如5P10，过载10倍误差＜5%，计量装置CT厂家过载可达额定电流6～8倍，但为防止意外损坏，在短时过载4倍时短接退出，减少保护定值修改，便于恢复。

开关过载短时耐受电流20kA以上25/31.5kA，能承受相应倍数电流值。

经全方位核算确认，直接起动方案进入实施阶段。

5.方案实施操作过程

（1）执行变电站转换操作（电力局批准执行）

①将“305 line 1#”负荷全部转移到2#母线（bus2#）“305 line 2#”，确认“305 line 1#”开关处分断状态。

②将3号主变转换操作，接到单独一回66kV外部线路，1号、2号主变接到两外一回66kV外部线路，断开3#和2# 22kV母联开关。

③将氧气站主变T4进线电缆从变电站1号主变116号供电开关转接到3号主变315号供电开关，修改氧站进线线路且核相正确。

（2）专业人员计算修改各级保护定值（电力局批准执行）。根据起动参数整定值过流修订1.0In，速断修订2.76In，时间不变。

（3）氧站开闭所核相和电压核对，解除联锁，出线间隔CT短路退出。

核相和电压核对后氧站开闭所合环投运（两台氧站主变合环运行成功与否关键在此），并核查液氧低压备用电源回路。为防止各级测量和保护CT损坏，拟全部短接退出，仅留变电站22kV出线开关测量和保护CT投运。

（4）法液空起动氧站电机（过程当中会有电压下降15%，不影响其他负荷，只是氧站主电机进线开关出现过跳闸）。

（5）起动后保持氧站主变并列运行，恢复66kV两个电源回路合环运行。氧站开启后空载运行22kV电流90A。

（6）日常检查各系统运行情况，变频修复后恢复原运行状态。开启后氧站电机运行10kV电流400～450A之间。

6.方案实施成功总结

（1）首先决策是果决。液氧采购，国内技术人员及时派援。

（2）实施方案准备工作以及措施方法是得当。双方技术人员在过程中沉着应对，第一二次起动跳闸后，能快速找到原因并调整。

（3）计算分析过程详尽，有效。自行分析，第三方分析，多方考证特别是设备供应商及时支持和帮助。

（4）实施过程分工明确，完成时间目标明确。双方范围划分明确，并相互提供帮助，设定目标及时达成。

（5）双方全方位努力是有支撑基的，团队协作可靠。双方现场和总部都提供了支的基础，特别是领导团队的理解和支持，团结协作。

该方案实施成功案例，可以指导后续生产实践规范操作，为其他类似故障处理提供参考依据。最后感谢在本次应急起动过程中提供帮助所有人员，有我们共同协作才有了成功典范。

本文完全经过理论校验和自行实践验证形成，仅参考对比法液空德国工厂案例，文中引用案例数据，特此声明。