淺談大容量電動(dòng)機(jī)的配電

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摘 要:本文通過介紹嶺澳核電站大型空壓機(jī)的配電特點(diǎn)，驗(yàn)證大容量電機(jī)起動(dòng)需滿足的條件，并明確所需滿足的繼電保護(hù)要求及相應(yīng)的計(jì)算校驗(yàn)。

　　關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī) 元件阻抗起動(dòng)條件 繼電保護(hù)

　　一、 前言大容量電動(dòng)機(jī)通常是指電功率在幾百甚至上千千瓦的電動(dòng)機(jī)。其配電裝置采用3 kV∽10kV電壓等級(jí)，在電網(wǎng)容量，電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)工藝許可的情況下，盡量采用全電壓直接起動(dòng)的方式，同時(shí)還要有相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置確保其正常運(yùn)行。大型電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行將會(huì)給電網(wǎng)和其它拖動(dòng)設(shè)備的安全運(yùn)行帶來很大影響，因此需要進(jìn)行認(rèn)真的比較和分析計(jì)算，以確定經(jīng)濟(jì)合理，運(yùn)行可靠，技術(shù)先進(jìn)的配電方案。以下就嶺澳核電站空壓機(jī)配電的工程實(shí)例談?wù)劥笕萘侩妱?dòng)機(jī)的配電特點(diǎn)，起動(dòng)條件及相應(yīng)的計(jì)算驗(yàn)證。

　　二、 工程實(shí)例（一）實(shí)例介紹嶺澳核電站空氣壓縮系統(tǒng)由三臺(tái)空壓機(jī)組成，主要向核島和常規(guī)島輸送壓縮空氣。空壓機(jī)由英國(guó)ATLAS公司進(jìn)口，其電動(dòng)機(jī)功率分別為250kW/50Hz/3phase，電壓等級(jí)為6.6kV.電源引自電站東北側(cè)輔助變壓器平臺(tái)全廠共用的6.6kV配電盤，選用3x3（ZR-YJV-10-1x400）中壓鎧裝電纜約9x550米至核島電氣廠房6.6kV配電盤后，再分別選用ZR-YJV22-3x35中壓鎧裝電纜約350米給各空壓機(jī)供電。該電動(dòng)機(jī)和工藝設(shè)備無特殊的動(dòng)熱穩(wěn)定要求，但根據(jù)規(guī)程，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)母線電壓不應(yīng)低于額定電壓的85%.根據(jù)以上技術(shù)條件，為確定電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的電壓電流是否滿足起動(dòng)要求需進(jìn)行起動(dòng)計(jì)算，然后校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的繼電保護(hù)要求。計(jì)算條件應(yīng)設(shè)供電系統(tǒng)是無限大容量電源，采用標(biāo)幺值，計(jì)算容量Sj=100MVA.（二）在計(jì)算之前需考慮以下因素：

　　1、大容量電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，需要滿足起動(dòng)母線電壓波動(dòng)、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求和電動(dòng)機(jī)及工藝設(shè)備的動(dòng)熱穩(wěn)定要求。電動(dòng)機(jī)和工藝設(shè)備應(yīng)能承受全壓起動(dòng)時(shí)的沖擊，即能滿足電動(dòng)機(jī)和工藝設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定要求。對(duì)于某些電動(dòng)機(jī)在全壓起動(dòng)時(shí)還需滿足制造廠規(guī)定的熱穩(wěn)定要求。

　　2、大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其端電壓應(yīng)能保證被拖動(dòng)機(jī)械要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且在配電系統(tǒng)中引起的電壓下降不應(yīng)妨礙其它用電設(shè)備的工作。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量。電壓允許撥動(dòng)和閃變》（GB 12326-93）的要求，一般情況下，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)配電母線上的電壓不應(yīng)低于額定電壓的85%，對(duì)于經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，不應(yīng)低于額定電壓的90%. 3、起動(dòng)計(jì)算（1）阻抗計(jì)算設(shè)供電系統(tǒng)是無限大容量電源，采用標(biāo)幺值計(jì)算，用系統(tǒng)阻抗（X*xt）計(jì)算起動(dòng)壓降時(shí)，應(yīng)按引起壓降最大的情況，即系統(tǒng)容量最小，短路容量最大的情況。

　　b.線路阻抗（X*l1）

　　X*l1=X×Sj/Uj2式中：X——每相線路電抗（Ω）；Uj——線路基準(zhǔn)電壓（kV）；c.母線上其它負(fù)荷電抗（X*fh）；X*fh=Sj/Sfh式中：Sj——基準(zhǔn)容量，取100MVA；Sfh——母線上其它容量計(jì)算值（MVA）；d.線路阻抗（X*l2）

　　X*l2=X×Sj/Uj2式中：X——每相線路電抗（Ω）；Uj——線路基準(zhǔn)電壓（kV）；e.電動(dòng)機(jī)起動(dòng)阻抗（X*d）

　　X*d=1/Kq×Sj/Sed式中：Kq——電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)電流倍數(shù)；Sed—電動(dòng)機(jī)額定容量。

　?。?）起動(dòng)參數(shù)計(jì)算由圖1可知，電動(dòng)機(jī)回路阻抗     X*q=X*l2+X*d母線總的阻抗       X*= X*q// X*fh供電系統(tǒng)的總阻抗   ∑X*=X*+X*l1+X*xt系統(tǒng)提供的總起動(dòng)電流 I*q=1/∑X*電動(dòng)機(jī)回路起動(dòng)電流，由電動(dòng)機(jī)回路阻抗和負(fù)荷阻抗分流計(jì)算，即I*d=I*q × X*fh/（X*fh+X*q）

　　母線電壓標(biāo)幺值 U*m=I*q×X*電動(dòng)機(jī)端電壓相對(duì)值（起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)端電壓/電動(dòng)機(jī)額定電壓）   U*d=I*d×X*d 4、繼電保護(hù)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50062-92），關(guān)于3kV及以上電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，要求設(shè)置電流速斷保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、失壓保護(hù)、不平衡缺相保護(hù)、接地故障保護(hù)及起動(dòng)次數(shù)保護(hù)。本例主要考慮差動(dòng)保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)、接地保護(hù)。

　　（1）差動(dòng)保護(hù)按躲過電動(dòng)機(jī)的最大不平衡電流計(jì)算保護(hù)裝置的動(dòng)作電流Idzj=（1.5∽2）Irm/n1 A；

　　按最小運(yùn)行方式下，電動(dòng)機(jī)接線端兩相短路時(shí)，流過保護(hù)裝置的短路電流校驗(yàn)保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)Km=Ik2.min/Idz≥2.（2）電流速斷保護(hù)按躲過電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的動(dòng)作電流：Idzj=KkKjxKqIrm/n1 A；按最小運(yùn)行方式下，電動(dòng)機(jī)接線兩相短路時(shí)，流過保護(hù)安裝處的短路電流校驗(yàn)保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)：Km=Ik2.min/Idz≥2.（3）過負(fù)荷保護(hù)按躲過電動(dòng)機(jī)的額定電流計(jì)算保護(hù)裝置的動(dòng)作電流：Idzj=KkKjxIrm/Khn1 A（4）低電壓保護(hù)當(dāng)母線電壓下降至額定電壓的60%時(shí)，低電壓作用于跳閘。

　?。?）接地保護(hù)按被保護(hù)元件發(fā)生單相接地故障時(shí)最小靈敏系數(shù)1.25整定保護(hù)裝置的一次動(dòng)作電流：Idz≤（Ic∑-Icm）/1.25 A（三）本例計(jì)算結(jié)果如下：1、元件阻抗標(biāo)幺值（1）系統(tǒng)阻抗由電站提供，6.6kV出線最小短路容量為150MVA，最大短路容量為330MVA.基準(zhǔn)容量Sj=100MVA.

　　X*tmin=Sj/Smin=100/150=0.667 X*tmax=Sj/Smax=100/330=0.303（2）變壓器阻抗（X*b）

　　由制造廠給出，為X*b=0.09；（3）線路阻抗（X*l1）

　　本例中線路采用九根1x400mm2銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，電纜長(zhǎng)度為0.55kM，線路每公里電抗為0.150Ω，可得X*l1=X×Sj/Uj2=0.150x0.55x100/6.62/9=0.0210由于線路阻抗相對(duì)于電動(dòng)機(jī)阻抗較小，可在以下計(jì)算中忽略。

　　（4）電站該6.6kV母線上其它負(fù)荷為Sfh=10.5MVA，因此X*fh=Sj/Sfh=100/10.5=9.523（5）線路阻抗（X*l2）

　　本例中線路采用三根3 x 35mm2銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，電纜長(zhǎng)度為0.35km，線路每公里電抗為0.123Ω，可得X*l2=X×Sj/Uj2=0.123x0.35x100/6.62/3=0.0329（6）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)阻抗本例中電動(dòng)機(jī)額定容量為3x250/0.85=882.35KVA=0.882MVA，額定電壓為6.6kV，額定電流為31A，起動(dòng)電流倍數(shù)為10倍，可X*d=1/Kq×Sj/Sed=（1/10x100）/0.882=11.34 2、起動(dòng)計(jì)算過程及分析電動(dòng)機(jī)回路阻抗X*q=X*l2+X*d=0.0329+11.34=11.37母線總阻抗X*=X*q//X*fh=11.37x9.523/（11.37+9.523）=5.182供電系統(tǒng)總阻抗：∑X*=X*+X*l1+X*xtmin+X*b=5.182+0.0210+0.667+0.09=5.96總起動(dòng)電流I*q=1/∑X*=1/5.96=0.168母線電壓U*m=I*qX*=0.168x5.182=0.871電動(dòng)機(jī)回路起動(dòng)電流：I*d=I*qxX*fh/（X*fh+X*q）=0.168x9.523/（11.37+9.523）= 0.077端電壓U*d=I*dX*d=0.077x11.34=0.873由計(jì)算可知，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)能滿足要求，即母線及電動(dòng)機(jī)端電壓均超過85%，因此可采取直接啟動(dòng)的方式。

　　3、繼電保護(hù)計(jì)算（1）電動(dòng)機(jī)側(cè)短路時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)取最小短路容量為150MVA時(shí)，d1點(diǎn)的短路電流計(jì)算其中，Xjs1=X*xtmin+X*l1+X*l2+X*b=0.667+0.021+0.0329+0.09=0.811短路電流Idlmin=Ij/Xjs1=Sj/（UjXjs1）=100/（ x6.6x0.811）=10.786kA兩相短路電流I"dlk2=0.866Id1min=0.866x10.786=9.341kA當(dāng)系統(tǒng)取最大短路容量為330MVA時(shí)，d1點(diǎn)的短路電流計(jì)算其中，Xjs2=X*xtmax+X*l1+X*l2+X*b=0.30+0.021+0.0329+0.09=0.444短路電流Idlmax=Ij/Xjs2=Sj/（ UjXjs2）=100/（x6.6x0.444）=19.703kA（2）差動(dòng)保護(hù)配電裝置電流互感器的變比為50/5，電流互感器的接線系數(shù)Kjx為1，因此可得保護(hù)裝置的動(dòng)作電流Idzj=（1.5∽2）Irm/n1=（1.5∽2）31/10=（4.65∽6.2）A當(dāng)Idzj取6.0A時(shí)，Idz=Idzj× n1/Kjx=6.0x10/1=0.06kA保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)Km=I"d1k2min/Idz=9.341/0.06=156>2（3）電流速斷保護(hù)保護(hù)裝置的動(dòng)作電流為Idzj=KkKjxKqIrm/n1=1.6x1x31/10=4.96A Idz=Idzj n1/Kjx=5x10/1=0.05kA保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)為Km=I"dlk2min/Idz=9.341/0.05=187>2（4）過負(fù)荷保護(hù)保護(hù)裝置的動(dòng)作電流為Idzj=KkKjxIrm/Khn1=1.6x1x31/（0.85x10）=5.84A，按照此電流值對(duì)過負(fù)荷電流值進(jìn)行整定。

　?。?）接地保護(hù)電網(wǎng)的總單相接地電容電流IcΣ=0.1Url=0.1x6.6（9x0.55+3x0.35）=3.96A可得保護(hù)裝置的一次動(dòng)作電流為Idz=（Ic∑-Icm）/1.25=3.96/1.25=3.168A保護(hù)裝置的動(dòng)作電流3.168A滿足零序電流互感器和接地繼電器的靈敏系數(shù)要求。

　　三、 結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述，大型空壓電機(jī)的配電考慮因素較多，應(yīng)著重考慮電機(jī)的工藝要求，起動(dòng)條件和繼電保護(hù)要求。在電網(wǎng)容量，電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)工藝許可的情況下，盡量采用全電壓直接起動(dòng)的方式，同時(shí)還要有相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置確保其正常運(yùn)行，而繼電保護(hù)卻只要滿足運(yùn)行條件，規(guī)范要求，就能達(dá)到保護(hù)空壓機(jī)的要求。

　　參考文獻(xiàn)1.《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第2版）水利電力出版社。

　　2.《發(fā)電廠電氣部分》電力工業(yè)出版社。

　　3.《嶺澳核電站空氣壓縮系統(tǒng)手冊(cè)》