摘 要：當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用。 關鍵詞：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。 　?、谄饎与娏髦泻写罅康母叽沃C波，會與電網(wǎng)電路參數(shù)引起高頻諧振，造成繼電保護誤動作、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)生的焦耳熱反復作用于導線外絕緣，使絕緣加速老化、壽命降低。 　　②大電流產(chǎn)生的機械力使導線相互摩擦，降低絕緣壽命。 　　③高壓開關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、加速風葉疲勞甚至折斷風葉等等。 　　當采用減壓起動時，上述危害只有一定程度的降低;當采用軟起動時，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)濟損失，對它采用完善的保護是非常必要的。 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。 　　② 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心的問題： 　　①電機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，嚴重危及機械設備的安全。 　　④當電機起動接近結(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，要增加相當可觀的電能損耗。 　　以20000kW/10kV電機為例，當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準上可以查到如下數(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成。由于不滿負荷，故銅損較滿負荷時小些，銅損與電流的平方成正比，此時的銅損相當于滿負荷的。我們假設滿負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)濟效益是相當可觀的。 　　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、機械設備平滑無沖擊運轉(zhuǎn)。但是靜止變頻技術尚處于發(fā)展階段，器件的開關損耗還比較大，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?？刂萍夹g也相當復雜，一般技術工人很難應對，要有專業(yè)管理及維護人員。起動時間較長，特別在抽水蓄能機組應用時，起動時間甚至可達3～5分鐘，這對需要調(diào)峰填谷的蓄能電站作出快速響應是非常不利的。 　　大容量靜止變頻裝置當前國內(nèi)還不能生產(chǎn)，主要要依靠進口，關鍵技術被國外少數(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費用也非常高。 　　4. 開關變壓器式高壓電機軟起動裝置 　　開關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，它用開關變壓器（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;可構成閉環(huán)控制，時間常數(shù)小、反應迅速;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。這一切使開關變壓器式高壓電動機軟起動裝置成為當前性/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] 　　運用開關變壓器技術，可以對任意大容量的電動機實施軟起動。比如當前抽水蓄能電站的單機容量達30萬kW，當它做水泵應用時就要軟起動。當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用 　　1. 12000kW高壓電機及負載相關參數(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)） 　　風機：AV-50系列軸流壓縮機。（陜西鼓風機集團有限公司） 　　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志著具有自主知識產(chǎn)權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，對它進行多方呵護是非常必要的。軟起動裝置雖然工作時間短，但其重要成都不容忽視，應該引起電氣技術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裝備產(chǎn)品。目前還主要依賴進口，價格昂貴，開關變壓器式高壓電機軟起動裝置技術性能先進、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： 　　[1] 張巖 王歡 , 從電力電子技術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,中國礦業(yè)大學出版社2000 年7月 P37-38 　　[3] 吳大榕,電機學 , 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, 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