冶金工厂高压电动机的几种起动方式比较

高贵军，高辉

（鞍钢集团工程技术有限公司电气自动化室，辽宁鞍山114001）

供用电

冶金工厂高压电动机的几种起动方式比较

高贵军，高辉

（鞍钢集团工程技术有限公司电气自动化室，辽宁鞍山114001）

伴随着经济的快速发展，冶金、矿山等产业规模也不断的壮大，而大功率高压电动机在工业生产中所占的比例也越来越大，能否成功地保证高压电动机起动和可靠运行就显得十分重要，直接关系到企业的经济效益。文章以某钢厂为样本，分析比较了高压电动机常用的几种起动方式。

高压电动机；全压起动；电抗器降压起动；软起动

1 引言

电动机是将电能转换成机械能的转换装置，是工矿企业、交通运输等广泛采用的一种动力机械，随着工业生产的迅速发展，其生产设备的驱动电机功率也越来越大，能否保证其安全、可靠的运行直接关系到工矿企业产品生产的连续性及其经济效益，所以合理正确地选择高压电动机起动方式就显得格外重要。

2 电动机起动的基本要求[1]

电动机起动时，其端子电压应能保证所拖动的机械要求的起动转矩，且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作。为此，交流电动机起动时，各级配电母线上的电压应符合下列要求：

（1）一般情况下，电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的90%，电动机不频繁起动时，不宜低于额定电压的85%。

（2）配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷，且电动机不频繁起动时，不应低于额定电压的80%。

（3）配电母线上未接其他用电设备时，可按保证电动机起动转矩的条件决定；对于低压电动机，尚应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。

3 工程概况

某钢厂异地搬迁新建制氧系统，空压机及起动设备利旧，氧压机及氮压机新建，三种电机相关参数如表1所示。

表1 主电机参数

3台主电机电源均取自新建10 kV供配电系统，10 kV系统母线短路容量约为364 MVA，设计并校验主电机起动方式。

4 电动机起动方式的选择

4.1 氮压机——全压起动

校验电动机起动时母线电压是否符合要求：

电动机额定容量：

电动机额定起动容量：

起动回路的额定输入容量（Xl线路距离短，电抗忽略）：

电动机起动时母线电压相对值：

式中，Skm——10 kV母线短路容量，364 MVA，

Qfh——欲接负荷的无功功率，4.7 Mvar。

带入上述数据，求得ustm=0.95≥0.9，起动时母线电压符合要求。

笼型电动机和同步电动机符合下列条件时，电动机应全压起动：

（1）电动机起动时，配电母线的电压应符合电动机起动的基本要求；

（2）机械能承受电动机全压起动时的冲击转矩；（3）制造厂对电动机的起动方式无特殊规定。本工程氮压机符合上述所有条件，故采用全压直接起动。

另外，还可以按电源容量估算电动机是否允许直接起动[2]，如表2所示。

表2 按电源容量估算的允许全压起动的电动机最大功率

综上所述，只要电网容量足够大，且符合规定的条件，电动机就应采用全压起动。

4.2 空压机——定子绕组串电抗器降压起动

校验电动机起动时母线电压是否符合要求：

电动机额定容量：

电动机额定起动容量：

直接起动时起动回路的额定输入容量（Xl线路电抗忽略）：

直接起动时母线电压相对值：

式中，Skm——10 kV母线短路容量，364 MVA，

Qfh——欲接负荷的无功功率，4.7Mvar。

带入上述数据，求得ustm1=0.89，直接起动时母线电压基本处于临界状态。

考虑仍利旧原有空压机起动电抗器，对母线电压进行计算校验，看是否满足要求。

每相电抗器额定电抗Xr为0.866 Ω。

起动回路的额定输入容量：

电动机起动时母线电压相对值：

电动机起动时端子电压相对值：

由于电动机的起动转矩与起动时其定子绕组电压平方成正比，故要求电动机起动时端子电压应能保证传动机械要求的起动转矩，即要求

根据电机资料，电动机传动机械的静阻转矩相对值Mj为0.3，电动机起动转矩相对值MstM为0.8，带入上式中求得

根据上述计算结果，电机串电抗器起动时配电母线电压降符合要求，电动机起动转矩亦符合要求，故本空压机仍采用电动机定子绕组串电抗器降压起动。

在电动机定子绕组串电抗器起动时，起动电流成比例减小，而起动转矩则成平方关系减小，因此，电抗器阻值的选择必须满足电动机起动时端子电压应能保证机械所需的起动转矩的条件，只有电动机

在电动机定子绕组串电抗器起动时，起动电流成比例减小，而起动转矩则成平方关系减小，因此，电抗器阻值的选择必须满足电动机起动时端子电压应能保证机械所需的起动转矩的条件，只有电动机起动转矩大于机械所需的起动转矩，电动机才能顺利起动。

如果其参数选择不当，则电动机不能正常起动，引起继电保护误动，或起动时间过长电机发热，甚至烧毁电抗器。

空压机定子绕组串电抗器起动一次系统图，如图1所示。

图1 电动机串电抗器降压起动一次系统图

图2 电动机软启动一次系统图

4.3 氧压机——软启动

校验电动机起动时母线电压是否符合要求：

电动机额定容量：

电动机额定起动容量：

起动回路的额定输入容量（Xl线路电抗忽略）：

电动机起动时母线电压相对值：

式中，Skm——10 kV母线短路容量，364 MVA，

Qfh——欲接负荷的无功功率，4.7 Mvar。

带入上述数据，求得ustm=0.9，起动时母线电压基本处于临界状态。

为保证母线电压降符合要求及起动安全可靠，考虑采用软启动器进行降压起动，如图2所示。

软启动器是用多个可控硅串并联而成，可以满足不同的电流及电压要求，控制可控硅的触发角就可以控制输出电压的大小。

在电动机起动过程中，软启动器按照预先设定的起动曲线增加电动机的端电压使电动机平滑加速，从而减少了电动机起动时对电网、电机本身、相连设备的电气及机械冲击，使电机平稳起动。当电动机达到额定转速后，旁路接触器接通，电动机正常运行。当电动机起动完毕后，软启动器继续监控电机并提供各种故障保护。

软启动器主要组成部分：

（1）主功率回路：主要由高压可控硅串联阀组和旁路接触器组成。当软启动器得电后，通过控制可控硅的导通角以实现对交流三相电源进行斩波、控制输出电压的幅值。并在起动过程完成后将旁路接触器闭合，软启动器切换到旁路状态，同时关闭可控硅。

（2）控制和保护电路：控制和保护电路是软启动器的核心部分，通过闭环控制可控硅的导通角的大小，从而完成对电机的起动和停车的控制。同时完成软启动器的状态监测、故障诊断与保护等功能。

（3）人机界面单元：主要由液晶面板、键盘及上位远程软件组成，用以实现相关的参数设置、起动方式的选择及显示设备运行方式等。

软启动器能够提供多种起动方式：

（1）标准软起动

该起动方式可以有效减少起动转矩冲击，可以提供无级平滑的起动加速度。根据需要设定起动转矩，软启动器便根据堵转转矩和起动时间确定的斜率线性控制输出电压。

（2）限流软起动

对于要求限制电机加速过程中的电流冲击的场合，起动电流可设定为电机满载电流的3～5倍，限制时间为0～30 s。在限流起动的过程中，软启动器一旦检测到电机达到全速，输出电压将达到全压，旁路接触器将闭合。

（3）双斜坡起动

双斜坡起动方式能够在两种不同斜率的起动曲线之间进行选择，可以分别地调整斜坡时间和初始起动转矩。

（4）全压起动

在全压起动方式下，软启动器相当于固态接触器，电机受到全额的冲击电流。

4.4 其他几种高压电动机的起动方式

除了上述介绍的几种起动方式之外，还有采用自耦变压器降压起动、水电阻软起动装置起动、变频器起动及变压器电动机组起动等。采用自耦变压器降压起动时，起动电压、起动电流及起动转矩与串电抗器降压起动原理相同；采用水电阻装置起动时，起动性能较好，但装置的体积大，控制复杂且维护相对繁琐，同时受到电动机功率的限制，在大功率高压电动机起动中应用较少；采用变频器起动时对电网的冲击很小，起动性能好，但费用相对较高，一般应用于需要调速变负载运行的风机和泵类机械及大容量电动鼓风机等；变压器电动机组适用于用户单位内无高压电动机所需等级的电压母线，或者相同电压等级的母线容量不能满足电动机起动要求时，这时可考虑采用一台变压器单独给电动机供电，这台变压器既作为供电变压器又作为起动变压器。

5 结束语

综合分析比较各种高压电动机的起动方案，电动机应优先考虑全压起动，全压起动是最简单、最经济、最可靠的起动方式，只要符合规定的条件，就应该优先采用。当不能满足全压起动条件或工艺上有调速等特殊要求时，才应考虑采用软启动、变频等降压起动方法进行电动机的降压起动。

[1]任元会.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]鲍德芝.钢铁企业电力设计手册[M].北京：冶金工业出版社，1996.

A Comparison of the Start-up Modes of High-voltage Motors in Metallurgical Works

GAO Guijun，GAO Hui
(The Engineering Technology Co.,Ltd.of Anshan Iron&Steel Group,Anshan,Liaoning 114001,China)

With the rapid development of economy,the scales of metallurgical and mining industries has been continuously growing and more and more high power high-voltage motors have been used in industrial production,therefore it becomes very important and directly related to the economic performance of the enterprises to ensure the starting and reliable operation of these high-voltage motors.Taking some steelmaking plant as an example,the article comparatively analyzes several common starting modes of high-voltage motors.

high-voltage motor;full voltage start-up;reactor reduced-voltage start-up; soft start-up

TM3

B

1006-6764(2014)06-0001-03

2014－01－20

高贵军（1981－），男，2004年毕业于辽宁工程技术大学，大学本科学历，工程师，现从事电气工程及其自动化技术研究工作。