15500kW10kV同步电动机拖动系统软起动效果分析.doc

同步电动机拖动系统软起动效果分析王凤阁北京首钢设计院概述首秦高炉工程于今年月正式投产高炉鼓风机采用电动风机配套同步电机对于如此大容量的电机采用适宜的起动方式和设备成为设计的关键在初步设计阶段我们进行了多方的调研和方案比较经计算若采用直接起动方式对于首秦工程的电网容量是不可能的它会使电网电压短时间内迅速下降对其它用电设备的正常运行造成巨大影响同时也会使电动机本身产生电气及机械冲击并对所带动的机械设备造成冲击使电动机的绝缘材料老化加速因此首秦项目必须采用降压起动或变频起动等方式国内以上高压大容量电机的起动工程上实践的有如下几种方式自耦变压器起动液态软起动小拖大方式和变频软起动方式自耦变压器起动最大的缺点是电源系统和电机设备确定后起动特性无法改变难以适应现场的多变情况小拖大起动方式是用一个较小功率的绕线式电机拖动主电机起动到一定的转速后再让主电机投入电源进行起动该方式传动连接复杂成本较高若采用国外进口高压变频起动装置较为可靠我们也有一定的设计和使用经验但进口变频起动装置价格昂贵对于首秦项目其投资约为多万美元成本太高且利用率也较低最后我们将目光转向国内近两年兴起的高压交流电动机液态软起动装置该装置目前已成功应用于柳钢高炉风机上现场表现具有良好的可调性和对环境的适应性具有较高的性价比经多方计算调研与分析我们最终和业主共同决定选用追日电气研制的高压交流电动机液态软起动装置液态软起动工作原理同步电机起动时也可采用异步电动机降压起动的方式采用液态软起动装置进行降压起动时在电机的定子回路中串接可变液体电阻通过均匀改变液体电阻值的大小均匀地提高电机端电压从而降低起动电流减少电网的压降及对电网的冲击电机转速随着电阻值的减小而平滑升高由励磁柜检测电机的转速达到一定值时发出投全压信号将液体电阻切除使电机进入全压运行状态电机继续升速当达到亚同步转速时系统投入励磁拉入同步并进入稳定运行状态整个起动过程亦即完成起动相关参数计算分析及实际应用对比首秦工程高炉鼓风机电机原设计为国产高压同步电动机年月采用高压交流电动机液态软起动装置进行系统调试电机空载及带载起动均起动成功后由于电机在运行过程中存在轴振问题无法进行正常生产为使高炉能够尽快投产公司紧急调用其它工程中西门子生产的电机来代替该电机为无刷同步机起动方案原设计为自耦变压器降压起动更换电机后原配液阻软起动装置能否满足新电机的起动要求将是一个极大的考验综合考虑到工期安装场地及成本经过用户设计院及配套厂方多家认真计算分析因液态软起动装置具有良好的可调整性及现场工况的可适应性最后确定采用原配起动装置尽快使系统运行基本数据西门子电机的主要参数如下电机型号凸极同步额定功率定子额定电压定子额定电流额定转速额定转矩为转子转动惯量额定转矩负载机械参数静阻转矩首秦高炉工程供电系统是由变压器供电系统最大短路容量为系统最小短路容量为高压同步电机是接于系统为最小短路容量的情况下进行起动系统起动的压降计算与实际分析根据相关理论电机起动时电动机端子电压应能保证生产机械要求的起动转矩即注取为鼓风机的静阻转矩相对值为电机起动转矩相对值因此在起动时要求电动机的端子电压相对值应大于电动机的额定容量为高炉鼓风机的主电机起动电流为在此情况下的电动机的起动容量忽略线路及无功部分作用的影响此时系统母线电压水平相对值为注为系统最小短路容量值此值与现场实测数据是一致的由于电网容量较小电网压降较大但由于起动设备的应用仍较好地控制了电网压降电动机在起动时起动回路的额定输入容量为显然大于静阻转矩要求的电动机的电压水平相对值可以保证生产机械要求的起动转矩起动时间计算秒机组的总飞轮矩转动惯量负载机械的转动惯量为西门子电机的转动惯量为电机功率为同步电动机平均起动转矩相对值该值为为电动机起动转矩相对值西门子电机的该值为为机组静阻转矩相对值此高炉鼓风机的负载静阻转矩相对值由此计算得出秒此值与电机实际起动时间秒基本一致起动效果相关问题分析对于大容量电机的起动还需要注意一些问题如投全压和投励磁的时机一定要适当如果掌握不好就有可能造成起动失败还需结合电机厂家提供的数据合理选择投全压和投励磁时的转速值和电流值特别是国外进口的大功率同步电机对起动过程不同阶段的起动力矩要求是不一样的异步起动投全压的要求也不一样如此系统所配主电机要求起动初始电流不低于投全压时电动机转速要达到额定转速的起动电流要小于额定电流的这些指标是不能单纯地将起动电流控制到多少起动电压降控制到多少来保证的因而对起动设备也就提出了更高的要求从计算结果和实际测量由于电网容量偏小母线压降在起动过程中还是略为偏大虽然起动时没有造成对其它用电设备正常运行的影响但为了尽可能在起动过程中减少母线压降应事先了解各母线段的系统短路容量值应将电机接在系统短路容量尽可能大的母线段同时应将风机阀门在允许的情况下尽可能的减为最小值首秦高炉鼓风机的阀门开口度为度以减少起动电流降低母线压降同时减少起动时间减少母线压降也可通过充分利用电机的最长允许起动时间加大液态软起动装置起动时的电阻值降低电机的起动电流但应满足使电机的端电压大于静阻转矩要求的电动机的电压水平相对值和电动机负载本身对起动参数的要求结束语首秦高炉鼓风机主电机采用液态软起动装置起动的效果是另人满意的得到了业主的认可特别是由于更换主电机后起动参数发生了重大的变化如原电动机全压起动倍数为起动转矩倍数为而更换后电机全压起动倍数为起动转矩倍数为由于该起动装置具有良好的可调性通过调整各项相关参数很好地适应了现场不可预测的变化满足了不同电机特性对起动的要求如果当初选用自耦变压器等其它方式起动由于受起动容量的限制遇到这种情况将是很难解决的