摘 要：當(dāng)前超大容量電機的起動方式共有四種方式，而每種起動方式性能、特點又各不相同，本文詳細(xì)比較了超大容量電機的各種起動方式并說明了各種方式的利弊，著中介紹了開關(guān)變壓器式超大容量電機軟起動裝置并舉例說明在實際工礦中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：自耦變壓器減壓起動、高壓變頻器軟起動、獨立變壓器供電直接全壓起動、開關(guān)變壓器式高壓電機軟起動 Abstract: Current large-capacity starter motor means a total of four ways, and each way starting performance and characteristics also vary, in this article a detailed comparison of the super-capacity starter motor various ways and explains the pros and cons of a variety of ways, the introduction of the Medium switch transformer type super-capacity motor soft starting devices and examples of actual industrial applications. Key words: Autotransformer start decompression, high-voltage converter soft start, an independent power supply transformer directly to the entire start-up pressure, high voltage electric transformer switch soft start. 一、概述 　　中高壓（3-10KV）電動機的容量都比較大，一般都在200KW以上。近些年來，隨著我國工業(yè)化進(jìn)行程的加快許多行業(yè)的生產(chǎn)能力越來越大，其生產(chǎn)設(shè)備的驅(qū)動電機也越來越大，如在鋼鐵、化工行業(yè)，10000KW以上電動機的使用已越來越多。 　　隨著超大型電機（10000KW—50000KW）的較多使用，以上問題也變得越來越嚴(yán)重，抽水蓄能電站一般都有幾臺4萬～30萬KW的發(fā)電電動機。根據(jù)我國的近期發(fā)展規(guī)劃，千萬噸級的鋼鐵公司和百萬噸級的乙烯項目都有十幾個。要上的抽水蓄能電站項目也很多。如果再加上其它行業(yè)的情況，超大型高壓電動機的數(shù)量是相當(dāng)可觀的。因此超大電機的起動問題便被提到日程上來。 　　過去，超大型電機應(yīng)用不多，研究它的起動方法的人也較少，對于超大型電機，減壓起動的一些缺點變得突出起來，因此減壓起動應(yīng)用于10000kW～20000kW電機較多，電機再大則用此法較少;對于20000kW以上的超大型電動機，如要軟起動則只有花高價購買高壓變頻器，由于其價格昂貴，人們常常舍棄軟起動而采用獨立變壓器直接 　　全壓起動，這是在權(quán)衡各方面情況之后所做出的不得已選擇，并非優(yōu)選之法，因為直接全壓起動的危害性對超大型電機變得更加突出。 二、電動機直接全壓起動的危害性及軟起動好處 　　1. 對電網(wǎng)的影響 　?、倨饎拥拇箅娏鲗﹄娋W(wǎng)的沖擊幾乎類似于三相短路對電網(wǎng)的沖擊，常常會引發(fā)功率振蕩，使電網(wǎng)失去穩(wěn)定。 　　②起動電流中含有大量的高次諧波，會與電網(wǎng)電路參數(shù)引起高頻諧振，造成繼電保護(hù)誤動作、自動控制失靈等故障。 　　2. 傷害電機絕緣，降低電機壽命 　?、俅箅娏鳟a(chǎn)生的焦耳熱反復(fù)作用于導(dǎo)線外絕緣，使絕緣加速老化、壽命降低。 　?、诖箅娏鳟a(chǎn)生的機械力使導(dǎo)線相互摩擦，降低絕緣壽命。 　?、鄹邏洪_關(guān)合閘時觸頭的抖動現(xiàn)象會在電機定子繞組上產(chǎn)生操作過電壓。 　　3. 電動力對電機的傷害 　　大電流在電機定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生很大的沖擊力，會造成夾緊松動、線圈變形、鼠籠條斷裂等故障。 　　4.對機械設(shè)備的傷害 　　全壓直接起動時的起動轉(zhuǎn)矩大約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，這么大的力矩突然加在靜止的機械設(shè)備上，會加速齒輪磨損甚至打齒、加速皮帶磨損甚至拉斷皮帶、加速風(fēng)葉疲勞甚至折斷風(fēng)葉等等。 　　當(dāng)采用減壓起動時，上述危害只有一定程度的降低;當(dāng)采用軟起動時，上述危害幾乎完全消失;獨立變壓器供電方式直接起動只能在電網(wǎng)電壓波動方面有所緩解，而其它方面的危害都照樣存在。 　　超大型電動機的價值都很高，在生產(chǎn)中也都起著核心作用。它的一點故障便會造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，對它采用完善的保護(hù)是非常必要的。 三、幾種起動方法之比較 　?、?自耦變壓器減壓起動 　　I.起動時電機接于自藕變壓器低壓側(cè)。因此自藕變一次電流較小，能在一定程度上減小線路壓降，減小對其它設(shè)備的影響。 　　但存在如下缺點： 　?、?沖擊方面：在起動過程中，電壓有2～3次切換，所以轉(zhuǎn)矩會有2～3次突變，這對較精密的機械設(shè)備是非常不利的;在電氣方面，如果自藕變變比較高對電網(wǎng)的沖擊也較大。 　?、?可靠性方面：在切換時由于電流還比較大，因而在自耦變壓器繞組上會產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，有時會傷及繞組絕緣，降低使用壽命。 　　這種方法常在10000～20000kW電機上用，電機再大時已很少應(yīng)用。 　　II.降補式減壓起動 　　所謂降補減壓起動方式就是傳統(tǒng)的自藕變壓器減壓起動，并在自藕變壓器的二次側(cè)增加了輸出容性電流的高壓電力電容器，它是為了解決小容量電網(wǎng)起動較大電機的情況，使電機起動時的感性電流較少地流入電網(wǎng)。但是該方法并不能減少電機本身的起動電流，起動電流對電機及負(fù)載的沖擊依然很大（比如在某例中，電機回路的起動電流為4.8Ie）。 　　采用電容器來減小流入電網(wǎng)的感性電流是眾所周知的方法，用于電動機的起動還存在下述幾個筆者所擔(dān)心的問題： 　?、匐姍C起動時電流突變中的高次諧波會影響電容器的壽命。 　?、陔娙萜骱祥l時會產(chǎn)生很大的涌流，致使這種方法不適于頻繁起動。 　?、燮饎舆^程中如因事故跳閘，則可能發(fā)生電機振蕩現(xiàn)象，嚴(yán)重危及機械設(shè)備的安全。 　　④當(dāng)電機起動接近結(jié)束時電流會下降，此時要及時切除電容器，否則會有過補償發(fā)生，這樣會使電壓波動率大大增加。 　　2. 獨立變壓器供電直接全壓起動（T-D組） 　　該方法本質(zhì)上就是直接全壓起動。只是用一個高阻抗的變壓器來隔離對其它用電設(shè)備的影響，同時利用變壓器的高阻抗降低線路及起動回路的電流。而對電機、對機械設(shè)備的危害依然存在。另外，與共用電網(wǎng)的情況相比，要增加相當(dāng)可觀的電能損耗。 　　以20000kW/10kV電機為例，當(dāng)采用獨立變壓器供電方式時，一次系統(tǒng)一般如圖1所示： 　　T1為三繞組主變。10kV繞組給其它負(fù)荷供電;35kV繞組給T2-D供電。D的容量一般在T2容量的0.6左右。 [align=center] 圖1[/align] 　　如果電機D與其它負(fù)荷共網(wǎng)運行，則一次系統(tǒng)如圖2所示。主變 選擇雙繞組變壓器即可。 [align=center] 圖2[/align] 　　從三相油浸式電力變壓器國家標(biāo)準(zhǔn)上可以查到如下數(shù)據(jù)： 　　比較圖1和圖2可見，T-D組起動方式較共網(wǎng)方式耗損增加主要由兩部分組成：① 主變的損耗差異。② T2的功率損耗。T2的功率損耗主要由鐵損和銅損構(gòu)成。由于不滿負(fù)荷，故銅損較滿負(fù)荷時小些，銅損與電流的平方成正比，此時的銅損相當(dāng)于滿負(fù)荷的。我們假設(shè)滿負(fù)荷時的鐵損等于銅損，則可得出如下的多耗能計算：大電機一般都是連續(xù)工作制，假設(shè)按0.5元/kWh計算，則每年多耗電費（萬元） 　　即由于采用獨立變壓器供電方式，每年多耗電116萬度，多花電費58萬元。如果考慮到共網(wǎng)運行時少用一個變壓器T2，在基建投資中又可節(jié)約一筆費用，其經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)可觀的。 　　3. 采用靜止變頻器方式 　　用靜止變頻裝置做軟起動，其性能是當(dāng)前軟起動方式中最好的：輸出較大的動力矩大、額定電流內(nèi)起動、機械設(shè)備平滑無沖擊運轉(zhuǎn)。但是靜止變頻技術(shù)尚處于發(fā)展階段，器件的開關(guān)損耗還比較大，變頻裝置的可靠性還不是很高。常常會出現(xiàn)意想不到的故障。控制技術(shù)也相當(dāng)復(fù)雜，一般技術(shù)工人很難應(yīng)對，要有專業(yè)管理及維護(hù)人員。起動時間較長，特別在抽水蓄能機組應(yīng)用時，起動時間甚至可達(dá)3～5分鐘，這對需要調(diào)峰填谷的蓄能電站作出快速響應(yīng)是非常不利的。 　　大容量靜止變頻裝置當(dāng)前國內(nèi)還不能生產(chǎn)，主要要依靠進(jìn)口，關(guān)鍵技術(shù)被國外少數(shù)幾家公司所壟斷，且其價格十分昂貴。另外運行后的維修服務(wù)費用也非常高。 　　4. 開關(guān)變壓器式高壓電機軟起動裝置 　　開關(guān)變壓器軟起動裝置是近年來出現(xiàn)的另一種利用晶閘管的開關(guān)特性連續(xù)調(diào)節(jié)變壓器的輸出電壓、從而實現(xiàn)高壓電機軟起動的裝置。是對可控硅串聯(lián)式軟起動裝置的改進(jìn)，它用開關(guān)變壓器（TK）的高壓繞組來代替可控硅串，而把可控硅放在開關(guān)變壓器的低壓側(cè)（如圖3所示）這樣可控硅不需要串聯(lián)，可靠性大大提高;且由于開關(guān)變壓器漏抗的濾波作用，加到電源上的諧波大大減少。其它方面：電壓電流可全范圍調(diào)節(jié);可輸出任意波形;可構(gòu)成閉環(huán)控制，時間常數(shù)小、反應(yīng)迅速;電動機功率增加時只要增加功率器件的容量即可;且起動過程中損耗很小，可連續(xù)起動;由于是純調(diào)壓軟起動，故一拖多時電動機的容量可以相差很遠(yuǎn)。這一切使開關(guān)變壓器式高壓電動機軟起動裝置成為當(dāng)前性/價比最高的高壓電動機軟起動裝置。 　　只要主電路功率元件的容量選擇合適，開關(guān)變壓器式高壓電機軟起動裝置可用來起動任意大容量的電動機。 [align=center] 圖3[/align] 　　運用開關(guān)變壓器技術(shù)，可以對任意大容量的電動機實施軟起動。比如當(dāng)前抽水蓄能電站的單機容量達(dá)30萬kW，當(dāng)它做水泵應(yīng)用時就要軟起動。當(dāng)前都是采用靜止變頻軟起，高次諧波這個隱形殺手會影響電機的使用壽命。如果使用開關(guān)變壓器式高壓電機軟起動裝置則可以有效地解決這個問題。 四、開關(guān)變壓器軟起動裝置在某大型石化企業(yè)催化裂化裝置中的應(yīng)用 　　1. 12000kW高壓電機及負(fù)載相關(guān)參數(shù)： 　　電機：額定功率12000kW，額定電流1322A，額定電壓6kV。（佳木斯電機廠生產(chǎn)） 　　風(fēng)機：AV-50系列軸流壓縮機。（陜西鼓風(fēng)機集團(tuán)有限公司） 　　電網(wǎng):變壓器—電動機組供電方式,20000kVA變壓器,電壓等級為35kV/6kV 　　2.起動情況 　　2007年4月11日上午10：05分光軸起動12000kw電機，最大起動電流3000A（為額定的2.27倍）、起動時間10.4秒、6kV母線電壓降15%。起動曲線如圖4所示： [align=center] 圖4[/align] 　　2007年4月16日，輕載起動負(fù)載靜葉開度為22度，最大起動電流為2850A（為額定的2.16倍），起動時間為40s, 6kV母線電網(wǎng)最大壓降為25%，起動曲線如圖5所示： [align=center] 圖5[/align] 　　該裝置的成功運行標(biāo)志著具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代超大容量軟起動裝置的誕生，從此我們國人有了自己的超大容量電機的軟起動器。 五、結(jié)語 　　超大型高壓電動機價格昂貴，在各行業(yè)的生產(chǎn)運行中起核心作用，對它進(jìn)行多方呵護(hù)是非常必要的。軟起動裝置雖然工作時間短，但其重要成都不容忽視，應(yīng)該引起電氣技術(shù)工作人員及管理人員的高度重視。從電機系統(tǒng)節(jié)能的角度看，使用軟起動可以取消獨立供電變壓器，具有很顯著的節(jié)能效果，在國人大理倡導(dǎo)節(jié)能減排的今天具有很實際的現(xiàn)實意義。 　　超大型高壓電動機軟起動裝置屬于重大技術(shù)裝備產(chǎn)品。目前還主要依賴進(jìn)口，價格昂貴，開關(guān)變壓器式高壓電機軟起動裝置技術(shù)性能先進(jìn)、可靠性高、價格低廉，給我們超大容量電機軟起動方式的選擇提供了一個嶄新的途徑。 參考文獻(xiàn)： 　　[1] 張巖 王歡 , 從電力電子技術(shù)看中壓電機的軟起動，控制與傳動，2005.3 　　[2]　孫樹樸 電力電子技術(shù),中國礦業(yè)大學(xué)出版社2000 年7月 P37-38 　　[3] 吳大榕,電機學(xué) , 電力工業(yè)出版社，1978年。 　　[4] 周希章、周全 ,電動機的起動制動和調(diào)速,機械工業(yè)出版社，2001年 　　[5] [英]M.G.SAY著.錢慶鑣等譯, 交流電機,中國計量出版社，2000年 　　[6] 楊芳春主編 ,電機與傳動,煤炭工業(yè)出版社，1995年 　　[7] 馮欣南編 , 電機學(xué), 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