時(shí)間:2006-12-15 09:50:00來(lái)源:shenyan
同步電動(dòng)機(jī)失步后,轉(zhuǎn)速下降,在起動(dòng)繞組和勵(lì)磁繞組中產(chǎn)生感應(yīng)交變電流, 并產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩,進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)。又因?yàn)閯?lì)磁電壓并沒(méi)有退出,在異步運(yùn)行期間,產(chǎn)生交變轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子電流發(fā)生振蕩,嚴(yán)重時(shí)可能引起電氣共振甚至電網(wǎng)崩潰。
2.4 同步電動(dòng)機(jī)群
在化工、石油等工業(yè)領(lǐng)域,尤其是氮化工企業(yè),非常多見(jiàn)同步電動(dòng)機(jī)群運(yùn)轉(zhuǎn)。同步電動(dòng)機(jī)群運(yùn)轉(zhuǎn)有很多優(yōu)點(diǎn), 第一、工廠用電功率因數(shù)很高,甚至可以超前;第二、可以根據(jù)電網(wǎng)的波動(dòng)情況很方便的調(diào)整局域的電網(wǎng)電壓,使企業(yè)用電效率達(dá)到最高。另一方面,同步電動(dòng)機(jī)群運(yùn)轉(zhuǎn)存在較大的起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn),尤其是在電網(wǎng)處于用電高峰時(shí)期,電網(wǎng)比較脆弱, 同步電動(dòng)機(jī)的高起動(dòng)電流和很低的功率因數(shù)可能造成網(wǎng)電壓進(jìn)一步降低,進(jìn)而過(guò)負(fù)荷能力較差的同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入失步狀態(tài),進(jìn)一步加聚電網(wǎng)的惡化程度,其他電動(dòng)機(jī)相繼失步,造成局部電網(wǎng)電壓崩潰。 這一現(xiàn)象在中型或大型化工企業(yè)尤其是電力供應(yīng)系統(tǒng)容量配置余量較小的氮化工企業(yè),時(shí)有發(fā)生。
2.5 大型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)影響程度的評(píng)估
電動(dòng)機(jī)單機(jī)容量越來(lái)越大, 而電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的沖擊電流對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)也是很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。很多文獻(xiàn)針對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響問(wèn)題進(jìn)行過(guò)詳細(xì)的闡述,《冶金企業(yè)電氣設(shè)備手冊(cè)》針對(duì)這一問(wèn)題也有明確的論述。
如圖是一典型的用戶配用電網(wǎng)絡(luò)圖:該網(wǎng)絡(luò)由供電變壓器,固定負(fù)荷和電動(dòng)機(jī)三個(gè)基本要素組成。 我們要研究的課題就是如何成功起動(dòng)該電動(dòng)機(jī)又有效的避免對(duì)固定負(fù)荷的正常運(yùn)行造成影響。
圖中的Xs為系統(tǒng)最小運(yùn)行方式時(shí)對(duì)應(yīng)的短路阻抗,反映了系統(tǒng)供電能力的大。还潭ㄘ(fù)荷的阻抗可以通過(guò)有關(guān)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算出來(lái);電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻抗應(yīng)該由電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)的參數(shù)計(jì)算出來(lái);Zo是上述兩個(gè)阻抗的并聯(lián)阻抗模值;Z則是系統(tǒng)的總阻抗。Us是系統(tǒng)供電電壓,一般取1.05,則電動(dòng)機(jī)
Uot=Us*Zo/Z
另一種簡(jiǎn)單有效的評(píng)估方法是進(jìn)行無(wú)功功率計(jì)算,對(duì)于實(shí)際的、有限容量的電網(wǎng)而言,電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或同步電動(dòng)機(jī)失步引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng)為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或同步電動(dòng)機(jī)失步時(shí)回路總的無(wú)功功率波動(dòng)量占母線最小短路容量的百分?jǐn)?shù),即:
ΔU%=ΔQ/Smin×100% (1)
式中 ΔQ——無(wú)功功率的波動(dòng)量,Mvar; Smin——母線最小短路容量,MVA。
我們可以根據(jù)具體情況計(jì)算出電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)母線電壓波動(dòng)情況,還可以計(jì)算出電動(dòng)機(jī)過(guò)度過(guò)程對(duì)上一級(jí)公共接點(diǎn)處的電壓影響情況,通過(guò)比較設(shè)計(jì)最合理的配電方案,配置合理的變壓器及其參數(shù), 選擇合理的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和保護(hù)方式,使電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)降至最低。
3 大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式
作為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)問(wèn)題的研究,在過(guò)去多數(shù)著眼于電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。與此不同的是,如今大型電動(dòng)機(jī)從本體設(shè)計(jì)與制造而言,大多是允許全電壓直接起動(dòng)的, 因此對(duì)大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的研究著眼點(diǎn)應(yīng)該放在電機(jī)起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響方面。目前還有些行業(yè)因特殊原因必須采用全壓直接起動(dòng),這種情況一般都會(huì)配置非常大的電力供電系統(tǒng)或者是高阻抗的變壓器電機(jī)機(jī)組。
3.1變壓器電動(dòng)機(jī)組
變壓器電動(dòng)機(jī)組拖動(dòng)方式(即一臺(tái)變壓器專供拖一臺(tái)電動(dòng)機(jī))在石油化工領(lǐng)域的大型催化裂化裝置的壓縮機(jī)拖動(dòng)中常有應(yīng)用,一般情況,變壓器采用高短路阻抗變壓器。在電機(jī)起動(dòng)時(shí),輸出電壓自然降低較多,等效于降壓起動(dòng)。因?yàn)樽儔浩飨露藳](méi)有其他負(fù)荷,因此在起動(dòng)過(guò)程中,電壓降低不會(huì)造成鄰近負(fù)荷反應(yīng);又因?yàn)槭歉咦杩棺儔浩髟偌由想妷航档秃箅姍C(jī)起動(dòng)電流也有所減少,因此電動(dòng)機(jī)起動(dòng)沖擊電流對(duì)上一級(jí)電網(wǎng)的影響也會(huì)有所降低。如果公共電網(wǎng)足夠大,或者公共接點(diǎn)的短路容量較大,就可以忽略它的影響。 但是隨著機(jī)組容量的逐漸增大和電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化程度的逐步提高,這一起動(dòng)方式對(duì)電力系統(tǒng)的影響問(wèn)題已經(jīng)不能再被忽略了。
另一方面,采用這一起動(dòng)方式的機(jī)組大多是長(zhǎng)期不間斷運(yùn)行工況,有時(shí)侯一年也不會(huì)起動(dòng)一回,這樣一來(lái),高阻抗變壓器的長(zhǎng)期低效率運(yùn)行會(huì)造成巨大的電力浪費(fèi)。一般情況下,變壓器電動(dòng)機(jī)組容量對(duì)比為1.5:1左右,機(jī)組配電負(fù)荷率在60%左右,而實(shí)際工程中,電動(dòng)機(jī)總是降容使用, 一般按照機(jī)械負(fù)荷功率選擇電動(dòng)機(jī)時(shí),總是乘于1.1的負(fù)荷系數(shù),同時(shí)選擇機(jī)械時(shí)也留有足夠的裕量,這樣一來(lái)變壓器電動(dòng)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷率比較低,機(jī)組功率因數(shù)當(dāng)然也很低, 長(zhǎng)期不間斷運(yùn)行必然造成大量的電力浪費(fèi)。這是變壓器電動(dòng)機(jī)組起動(dòng)方式的一大缺陷。比如一臺(tái)20000kW機(jī)組,一般選配變壓器容量為31500kVA,機(jī)組綜合效率每降低1%,運(yùn)行有功損耗將增加200kW,年損將增加173萬(wàn)kWH。這是一筆可觀的數(shù)字。
實(shí)際工作中,電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)公共接點(diǎn)電壓的影響是不可能忽略的,一般情況為了減少或者降低這種風(fēng)險(xiǎn),要求盡量的減少起動(dòng)次數(shù),維持電動(dòng)機(jī)的空負(fù)荷運(yùn)行,這樣一來(lái)也會(huì)造成巨大的電力浪費(fèi)。
3.2 熱變電阻降壓起動(dòng)方式
熱變電阻軟起動(dòng)器是一種新型的高壓大功率電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置。其主要技術(shù)特性是:電阻器是由具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻材料制成。電阻器串于電機(jī)定子回路,當(dāng)電機(jī)起動(dòng),電阻體通過(guò)起動(dòng)電流時(shí),電阻體溫度升高而阻值隨之減小,從而使電動(dòng)機(jī)端電壓逐步升高,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐步增加,以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)。起動(dòng)電阻值,可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)參數(shù)和負(fù)載要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,能方便地配制到最佳的起動(dòng)參數(shù)。即在較小的起動(dòng)電流下,獲得足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
采用高壓熱變電阻器降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)有以下顯著的起動(dòng)特性:
1、恒電流軟起動(dòng)特性:在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中,電流基本保持不變,數(shù)值在2.5Ie以下,且有顯著的軟起動(dòng)特性。
2、起動(dòng)過(guò)程中系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定:一般采用熱變電阻降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上,且整個(gè)起動(dòng)過(guò)程接近于恒定不變的。
3、母線電壓波動(dòng)。河捎谏鲜1、2特性,使電機(jī)起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響降到最低,母線壓降在5%左右。
4、起動(dòng)平穩(wěn)無(wú)沖擊:起動(dòng)過(guò)程接近于恒加速特性,電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐步增高,因而使機(jī)械設(shè)備起動(dòng)平穩(wěn),無(wú)沖擊、無(wú)嘯叫聲,且機(jī)械能平穩(wěn)越過(guò)諧振轉(zhuǎn)速,使設(shè)備免受傷害。
經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展,該技術(shù)已可以滿足10kv、40000kw電機(jī)的降壓起動(dòng)要求。對(duì)于大型超大型電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)而言,該種起動(dòng)方式最大的優(yōu)異性能在于其起動(dòng)電流對(duì)電力供電網(wǎng)絡(luò)的沖擊降到了最低,從而大大地減少了電機(jī)起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)地影響。該技術(shù)的產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安全可靠,安裝和使用成本也很低。
3.3 高壓變頻軟起動(dòng)裝置
在石化、冶金、電力等工業(yè)領(lǐng)域的大型電動(dòng)機(jī)或抽水蓄能的大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)常采用變壓變頻軟起動(dòng)方式。高壓變頻軟起動(dòng)方式主要還是針對(duì)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)及泵類設(shè)備的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)而研制的,起動(dòng)過(guò)程中這些機(jī)械阻力矩較低,或者可以通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門、閥門來(lái)改變降低起動(dòng)阻力矩,從而可以降低對(duì)電機(jī)起動(dòng)力矩的要求,一般情況下,要求電機(jī)起動(dòng)力矩為額定的50%左右就足夠了。
高壓變頻軟起動(dòng)裝置實(shí)際上是一個(gè)直接轉(zhuǎn)矩控制的交直交電流型VVVF變頻器。 當(dāng)輸出頻率從0Hz(同步起動(dòng))或5 Hz(異步起動(dòng))逐步升高到50 Hz,電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?轉(zhuǎn)速逐步升高到額定轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。一般情況,起動(dòng)電流控制在額定電流的50%以內(nèi)。
4、結(jié)束語(yǔ)
電動(dòng)機(jī)單機(jī)容量越來(lái)越大,電力系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜,這是工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展的必然,也是一對(duì)永遠(yuǎn)存在的矛盾。工程技術(shù)人員可以通過(guò)制定合理的配電方案,選擇合理的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和保護(hù)方式來(lái)緩解這一矛盾,盡量減少電動(dòng)機(jī)過(guò)度過(guò)程對(duì)電網(wǎng)的影響程度和范圍,確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行,這里面還有很多工作要做。
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