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摘要：大功率高压电动机直接启动时启动电流大，且会对电网造成较大压降，尤其在线路容量受限的特定场合，对运行设备造成影响。为了降低启动电流、消除启动时的晃电，本文在电机串联软启动的基础上，探讨了并联高压电容器组补偿启动过程中的无功功率的方式达到降流、降压启动的目的并取得良好效果。
关键词：电机启动；电容器组；无功补偿
1.系统现状及启动时对系统的影响
厂用受电电路经由35KV升压至110kV分公司变电站，由110kV侧T接进入新厂区后降压至10kV作为厂用电。分公司总变110kV下带离子膜整流负荷。线路总容量约48MW，正常约有35MW生产负荷。而离子膜负荷对电源质量要求非常高，对电压波动敏感，之前出现过多次因电压波动造成生产装置停车的事故。
新厂区现有一台电动给水泵，功率5600kW，额定电压10kV，额定电流379A。在线路总容量有限的情况下若直接启动电机，将会造成巨大的电压降，并影响正常生产，所以需对电机启动方式采取特殊办法。
2.电动机启动问题的研究
电动机的绕组类似变压器绕组，接通电源的瞬间需从电源侧吸收大量无功能量，使得定子绕组中的电流短时急剧升高，在电机启动瞬间可达6-8倍的额定电流，不但影响电机的长周期使用，也会对线路造成影响。为了降低电动机启动时的短时过流问题，已经研究出很多办法。最常见的为降压启动，如：定子串电抗降压启动、星三角启动、自耦变压器启动等。降压启动可有效的抑制电动机的启动电流，特别对于频繁启动的低压电机是非常有效的。但是对于大功率的高压电机却不合适，因为电动机的转矩与机端电压的平方成正比，而高压电机的定子都很大，静止转矩也非常大，采用降压启动就变得非常困难，而且启动时间也特别长。高压电机在启动时需注意以下几个问题：
1）充分考虑电压波动对系统造成的影响
2）启动电流不应大于设备本身的过载能力。目前国内最好的高压电机生产厂家如上海电机和湘潭电机高压电机设计启动电流一般为650%额定电流。
3）启动转矩大于负载静止转矩。
3.一种常用的高压电机启动方式
图 1
老厂自2003年以来对大功率高压电动机采用串联热变电阻柜的启动方式。高压热变电阻软起动装置（简称热变电阻）用于大中型高压鼠笼交流异步电动机或异步起动的高压同步电动机，作电阻降压起动之用。使用该装置起动的电机具有起动电流小且恒定、转矩逐步增加的软起动特性，起动过程中无电流冲击和机械冲击，起动时对电网影响小。该高压热变电阻软起动装置由具有负温度特性的三相平衡电阻组成。当该电阻通入电流时，电阻体温度逐步升高而电阻值逐步减小，从而使电机端电压逐步升高，起动转矩逐步增加，以实现电机平稳起动且降低起动电流的目的。工作原理如下：
该装置在电机启动时电机串联电阻R启动，当达到设定时间时自动合2QF退出热电阻，电机正常运行。电机的启动电流和启动时间可根据负载性质如泵类或风机类调配电解液设为2.5-4倍，25-50秒不等。
但本项目中因线路容量限制及所带负荷性质等原因，单纯采用此启动方式也并非最佳方案，无论是降低启动电流而延长启动时间或缩短启动时间增大启动电流均仍会对系统造成冲击。在此基础上对此高压电机的启动方式进一步研究，在不影响电网质量的前提下既降低启动电流又不影响电机出力。
4.并联高压无功补偿的高压电机软启动方式
根据无功补偿的原理在高压电机启动时并联适当的电容器，可以起到补偿电机启动时的无功分量的目的，减小启动电流，同时降低电网压降。如图2：
在考虑无功补偿投切控制策略时必须注意的是：电动机启动后，随着转速逐渐升高，转差率降低，电机启动电流逐渐减小，直到额定值。此时要及时的切除电容器组，否则，电机达到额定转速时，电容会反向母线送电，使母线电流增大，增加线路损耗，同时也使得电机的端电压升高。所以该无功补偿系统不但要选择恰当的补偿容量，而且要有可靠、精确的控制系统。
5.整体启动控制方式
根据以上所述，该控制不但要考虑到电机软启动时间，还要考虑电机启动过程中电容器组的投切及电机整体启动时间的配合。控制方案如下：在电机启动前就地或远程合两套电容柜内真空接触器KM1和KM2，使电容器处于预投入状态。然后通过DCS后台合QF断路器启动电机，QF合闸时软启动柜和高压电容柜同时投入，此时电机启动为串联热变电阻柜且并联高压无功补偿方式启动。QF的合闸信号分别引至软启动柜和两套无功补偿装置的时间继电器KT，在QF合闸后KT开始计时，两套电容柜分别在15S和30S后退出，45S后退出软启动柜，电机转为正常运行回路运行。启动情况如图：
通过分析电机带负荷启动时的数据可得：电机带负荷启动最大启动电流1130A，约3倍额定电流，启动时最大电压降380V，电压降为3.54%，即保证了电机启动力矩，又降低启动电流，且电压降完全满足现场生产需求。
6.结束语
综上所述，本工程中对传统电机直接启动方式改造，增加软启动装置降低启动电流。但在线路容量限制和负荷性质对电压质量要求非常高的情况下，单纯的软启动装置不能满足实际生产需求，在此基础上通过并联高压电容器组的方式，在电机启动时转矩和加速度基本不变的前提下进一步降低启动电流和母线电压降，方案行之有效且效果良好。
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论文作者:郑丁1,田娜2,郝峰3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/2
标签：电机论文; 高压论文; 电流论文; 启动时论文; 电动机论文; 转矩论文; 电阻论文; 《电力设备》2017年第36期论文;