２０１７年６月下 电力讯息１８５ 高压电机启动对配电网电压波动影响 分析与解决方案 梁永全（广东顺德电力设计院有限公司） 【摘要】在生产企业的电力系统中，高低压设备一般会同时存在，高压电机在启动过程中会导致配电网电压发生大幅度的波动，如果不采取 保护措施则会影响工程正常的生产运行。本文通过对“梅塞尔气体有限公司”中的工作分析，对高压电机启动会对配电网电压波动造成的影响 进行探讨，并提出电能质量对高压电机等特殊设备的要求。 【关键词】高压电机：电压波动；配电网要求：解决方案 【中图分类号】ＴＭ３０１．４ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００６—４２２２（２０１７）１２—０１８５—０２ 引言 高出６倍左右，如果电动机的容量相对较大时，起动电流便会 本文主要对顺德德力梅塞尔气体有限公司厂区内９３００ｋＷ 造成电网电压的急剧下降，电压的频率也会相应发生一定的 的循环氮压机启动过程对上级变电站１０ｋＶ母线及循环氮压 变化，这种直接全压启动的情况，大电流便会在电机定子线圈 机电机端子电压的压降影响进行研究分析．所阐述的设计要 和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，进而破坏组绝缘。对属笼 求保证上级变电站ｌＯｋＶ母线的压降在国标《电能质量供电电 条产生断裂的危险，引发大量的焦耳热，从而引起电机事故， 压偏差》（ＧＢ／Ｔ１２３２５—２００８）４．２规定２０ｋＶ及以下三相供电电 减少电机的使用寿命。 压偏差为标称电压的±７％范围内和循环氮压机电机端子电压 ３影响电压降低对上级电网影响的原因及危害 满足：《通用用电设备配电设计规范》（ＧＢ５００５５—９３）第２＿３．１及 首先如果上级变电站供电变压器的相对容量较小并且配 ２－３．２条的规定，电动机正常起动时，其顺德德力梅塞尔气体 电线路又较长的情况下，启动电流过大造成较大的电压降低， 有限公司专线压降计算说明书机端电压应能保证机械要求的 对上级变电站同一１０ｋＶ母线上的其他线路电器设备的正常 启动转矩．其配电母线电压不应低于额定电压的８５％。 运行造成影响．严重的情况便会导致越级跳闸和大面积的停 １高压电机启动对配电网电压波动的影响问 电：其次对于和上级电网相连的所有高压电机．过大的启动电 题概述 流会促使电机内部发热过多，从而加速电机的老化，影响使用 顺德德力梅塞尔气体有限公司是一家中外合资公司。以 寿命。 生产高纯液氧、液氮、液氩为主的企业。厂区总装机容量约 ４解决方案及所产生的效果 １８０００ｋＶＡ（含１台９３００ｋＷ的ｌＯｋＶ高压电机．１台２０００ｋＶＡ 为了有效解决此类问题，根据厂家资料和系统运行数据 变压器及其他６台电机设备）。所有１０ｋＶ高压电机均不频繁 和《工业与民用配电设计手册》（第三版）对本公司的电路接线 启动且不同时启动。其中的循环氮压机：输出功率为９３００ｋＷ、 系统针对电机末端不加补偿和电机末端增加补偿两种情况进 效率为９７．４％；拖动电机额定电压Ｕｎ＝１０ｋＶ、额定电流为Ｉｎ＝ 行计算．对产生的效果进行分析 ６０６Ａ、功率因数ｃｏｓ＋＝０．９１，电机采用固态软启动。初始起动 ４．１已知条件 电压Ｕｓｔ＝０．５５ＵＮ．起动电流Ｉｓｔ＝２．５３Ｉｎ，启动时间ｔｓｔ＝３５ｓ。此类 （１）马宁变电站１０ｋＶ母线系统归算阻抗：最大运行方式 功率较大的高压电机在启动的过程中均造成对上级变电站 下Ｘｓ＝０．３６ｎ，最小运行方式下Ｘｓ＝０．５２ｎ：１０ｋＶ母线预接的无 １０ｋＶ母线及循环氮压机电机端子电压的降低．电压的大幅度 功容量为Ｏｆｈ＝１９．２ＭＶａｒ。 降低可能会使得配电网产生欠电压故障．从而造成装置的自锁 （２）循环氮压机：输出功率为９３００ｋＷ、效率为９７．４％：拖 和运行的紧急停止，从而影响工厂的正常生产过程。因此必须 动电机额定电压Ｕｎ＝１０ｋＶ、额定电流为Ｉｎ＝６０６Ａ、功率因数 在保证设备安全的前提下，避免此类事故的发生，将配电网的 ｃｏｓ￣＝Ｏ．９１．电机采用固态软启动 初始起动电压Ｕｓｔｌ＝ 电压控制在国标的合理范围内．这便是本文主要阐述的问题。 ０．５５Ｕｎ、起动完成末段电压Ｕｓｔ２＝０．８５Ｕｎ。起动电流Ｉｓｔ＝ ２高压电机启动对配电网电压波动造成影响 ２．５３Ｉｎ．启动时间ｔｓｔ＝３５ｓ：依据厂家提供的固态软启动器的资 的原因 料和咨询厂家．启动器不需串接电抗器来降压启动，采用的是 高压电机在启动过程中会产生短时间的谐波电流．从而 高压大功率晶闸管．通过改变晶闸管的导通角来控制电动机 输入电压的平稳升降来实现电动机小起动电流．大起动力矩 造成配电网谐波的大量增加．启动电流会比平时的额定电流 但是它所能够实现的节能效果是有限的．本文针对自适应线 术企业，２ｏ１３（２９）． 性遗传计算法展开了分析．它在冶金行业电气节能负载量的 【２］粱松．冶金电气节能负载高精度控制方法研究［Ｊ１．工程技术：全文 高精度控制工作当中有较为重要的影响作用。 版．２ｏ１６（ｏ７）． 参考文献 收稿日期：２０ｌ７—５—１９ ［１］宋炯炯．冶金电气节能负载高精度控制技术的研究ｆＪ］．中国高新技 １８６电力讯息 ２０１７年６月下 的良好起动特性、使电动机达到平稳起停。 ①电机末端不加补偿时： ＵｓｔＭ＝Ｕｓｔｍ・Ｓｓｔ／ＳｓｔＭ ４．２计算电路接线图 ②电机末端增加补偿时： ＵｓｔＭ＝Ｕｓｔｍ・Ｓｓｔｌ／Ｓｓｔ２ ４．４产生的效果 根据以上公式、接线图得出电动机起及额定运行时的电 Ｓ 压下降计算时的电压下降计算结果如表１所示 从表１计算结果可以知道，末端不加补偿时．虽然电机末 端电压可以满足电机起动的要求，但变电站母线压降不符合 图１电机末端不加补偿 要求。因此考虑在电机末端加装无功补偿装置来减小线路无 功电流从而提高母线的电压 加装无功补偿装置后的计算如表２所示。 从表２计算结果可以知道末端增加补偿后．电机末端电 压和变电站母线压降都可以满足要求，因此选用在电机末端 、 ｒ 加装无功补偿装置的方案，补偿容量最少要达到８．６ＭＶａｒ以 上。补偿装置在电机启动完成后自动退出，电机在补偿装置退 出后额定运行时的压降计算及产生的效果如表３ Ｓｓ｝｛ 从表３计算结果可以知道电机在补偿装置退出后额定运 行时压降也满足要求 ５结束语 图２电机末端增加补偿 ４．３计算公式 （１）马宁站最小运行方式下１０ｋＶ母线短路容量： ＇ ， 综合以上计算数据可行的方案是在电机末端加装无功补 偿置，补偿容量最少要达到８．６ＭＶａｒ以上。线路选用ＺＲＹＪＶ ２２—８．７／１５ｋＶ一３ｘ３００铜芯交联聚乙烯电缆双回并接至电机的 Ｓｋｍ＝Ｕ ａｖ／ＸＳ＝１０．５／０．５２＝２１２．０２ＭＶＡ 方案。此方案能够有效解决高压电机启动对配电网电压波动 的影响，从而对高压电机的使用安全和使用寿命进行提高，并 且上级配电网的安全性也得到相应保障 （２）双回并接１ＯｋＶ铜芯交联聚乙烯电缆线路电抗：ＸＩｌ＿ （０．０９＋６．１／Ｓ）・Ｌ／２，其中Ｓ为截面Ｉｎｍ２、Ｌ为长度ｋｍ。 （３）电机额定容量：ＳｒＭ＝、／３・ＵｒＭ・ＩｒＭ＝１．７３２￣１０ｘ０．６０６＝ １０．４９６ＭＶＡ。 参考文献 ［１］许震．交流电动机变频调速技术的发展叨．微特电机，２００５（４）：３９～ ４３． （４）电机额定起动容量：Ｓ Ｋ ・ＳｒＭ＝２．５３ｘ１０．４９６＝２６．５５ＭＶＡ。 （５）起动回路的额定输入容量： ［２］Ｎ京华，周皓，袁奎星，李正熙．三电平大功率通用变频器的研制［Ｊ】． 电力电子技术，２００８（４）：１５～１７． ①电机末端不加补偿时： Ｓｓｔ＝ｌ／（１／Ｓ Ｍ＋Ｘ【／ｕ ａｖ）； （ 电机末端增加补偿时： ［３］张彦明．高压变频调速技术在电厂的应用及节能对比啪．广东电力， 中国电力出版社。２００９，２２（１１）：７７～７９． Ｓｓｔ２＝１／（１／（ｓ 一Ｑｆｈ２）＋ｘＩＪ，Ｕ２ａｖ） （６）变电站１０ｋＶ母线电压相对值： 『４１顺德德力梅塞尔气体有效公司９３００ｋＷ循环氮压机１０ｋＶ电源专线 压降计算说明书『Ｍ１．广东顺德电力设计院有限公司，２０１３（７）． ［５］佛山梅塞尔顺德项目９３００ｋＷ一１０ｋＶ软起装置技术方案『Ｍ１．长沙奥 ①电机末端不加补偿时： ｕｓｔｍ＝（Ｓｋｍ＋Ｑｆｈ）／（Ｓｋｍ＋Ｑｆｈ＋Ｓｓｔ） ②电机末端增加补偿时： ｕｓｔｍ＝（Ｓｋｍ＋Ｑｆｈ）／（Ｓｋｍ＋Ｑｆｈ＋Ｓｓｔ１） （７）电动机端子压相对值： 托自动化技术有限公司，２０１３（８）． 收稿日期：２０１７—５—１９ 表ｌ电动机末端不加补偿时起动的电压下降计算 电缆选择 最小运行方 最小运行方式变电 变电站母线处预 电机端子处御姐 线路电 电机额定 电机额定启 启动回路额 电机启动时变电 电机启动时电机 ＺＲＹＪＶ２２—８ ７， 式系统电抗 站母线处短路容量 接无功容量Ｑｍ 无功容量Ｑｆｈ 抗ＸＬ 容量ＳｒＭ 动容量ＳｓｔＭ 定输入容量 站母线电压相对 端子电压相对值 １５ｋＶ一 ＸＳ（ｎ） Ｓｋｍ（ＭＶＡ） （ＭＶａｒ） （ＭＶａｒ２） （ｎ） （ＭＶＡ） （ＭＶＡ） Ｓｓｔ（ＭＶＡ 值ｕｓｔＭ（ＭＶＡ） ｕｓｔＭ（ＭＶＡ） ２ｘ（３ｘ４００） ２ｘ（３ｘ３００） ０．５２ Ｏ．５２ ２１２０２ ２１２．０２ １９．２ １９－２ ０ ０ Ｏ．２ｌ６ ０．２１６ １０．４９６ １０．４９６ ２６．５５ １０．４９６ ２５．２４ ２５ １８ ９Ｏ．１６％ ９Ｏ．１８％ ８５．７Ｏ％ ８５．５２％ 表２电动机末端加装补偿时起动的电压下降计算 电缆选择 最小运行方 最小运行方式变 变电站母线处 电机端子处预 线路电 电机额定 电机额定启 启动回路额 启动回路额 电机启动时变电 电机启动时电机 ＺＲＹＪＶ２２— 式系统电抗 电站母线处短路 预接无功容量 接无功容量 抗ＸＬ 容量ＳｒＭ 动容量ＳｓｔＭ 定输入容量 定输入容量 站母线电压相对 端子电压相对描 ８ ７／１５ｋＶ一 ２ｘ（３ｘ４００） ＸＳ（ｎ） 容量Ｓｋｍ（ＭＶＡ） Ｑ￣（Ｍｖａｒ） Ｑｆｈ（Ｍｖａｒ２） （ｎ） ０．５２ ２１２．０２ １９．２ ８．６ Ｏ．２１６ （ＭＶＡ） １０．４９６ （ＭＶＡ） Ｓｓｔｌ（ＭＶＡ） Ｓｓｔ２（ＭＶＡ） 值ｕｓｔＭ（ＭＶＡ） ２６．５５ １７．３４ １７．９５ ９３．０２％ ｕｓｔＭｆＭＶＡ） ８９＿８６％ ２ｘ（３ｘ３００） Ｏ．５２ ２１２．０２ １９．２ ８．６ ０．２２６ １０．４９６ ２６．５５ ｌ７＿３ｌ ｌ７．９５ ９３．Ｏ３％ ８９ ７３％ 表３电动机额定运行时的电压下降计算 电缆选择 最小运行方式 最小运行方式变电站母 变电站母线处预结 线路电 电机额定容 电机额定运行 额定运行输入 电机额定运行变电 电机额定运行时电 系统电抗（ｎ） 线处短路容量（ＭＶＡ） 无功容量（ＭＶａｒ） 抗（ｎ） 量（ＭＶＡ） 容量（ＭＶＡ） 容量（ＭＶＡ） 站母线电压相对值 机端子电压相对值 ２ｘ（３ｘ４００） ２ｘ（３ｘ３００） ０．５２ ０．５２ ２ｌ２．０２ ２１２．０２ １９ ２ ｌ９ ２ ０．２ｌ６ Ｏ．２１６ １０．４９６ １０．４９６ １０．４９６ １０．４９６ １０．２８ １Ｏ．２７ ９５．７４％ ９５．７５％ ９３．８ｌ％ ９３．７３％
