大容量电机启动对系统的影响分析.doc

高电压技术第38卷 增刊 2012年11月30日High Voltage Engineering, Vol.38, Supplement, November 30, 20121大容量电机启动对系统的影响分析梁燕1，唐鹤2（1. 广东电网公司佛山南海供电局，佛山528200；2. 广东电网公司佛山供电局，佛山528200）摘要：随着经济和工业的高速发展，兆瓦级电动机和冲击负荷客户不断出现，早期虽对系统有一定冲击由于时间较短往往被忽视，随着对电能质量的要求越来越高的高科技敏感客户的接入，电压的稳定显得尤为重要，之前冲击用户对电能质量的影响不断暴露出来，大容量冲击负荷在接入系统前经过严格校核成为必须，本文以大容量电机接入系统的典型设计为例分析大电机启动对系统的影响。关键词：大容量电机；启动；电压暂降DOI：10.3969/j.issn.1003-6520.2012.S.000文章编号：1003-6520(2012)S燕，唐鹤：大容量电机启动对系统的影响分析30引言随着现代工业及高科技产业的快速发展，现代化企业生产对电能质量提出日益严格的要求。一些新型电力负荷如用户敏感设备、以及微处理机对电压暂降敏感程度很高,当电压下降到标称值以下几个周波时就会导致设备中断，造成巨大的经济损失。如高新技术企业，硅片厂、液晶厂、实验室、信息中心等的生产工艺对控制、检测水平要求高，他们多采用高精度的信号系统及严格的控制流程，一定的电压暂降都会造成测试数据不准，控制精度下降，从而导致产品报废。具有大规模自动化生产线的企业，如化工厂、电视玻壳厂、冶金、轮胎厂、制药、食品加工等。此类生产线从配料开始到本次配料变成产品需要数天时间，生产周期长，工艺复杂，生产环节多，涉及生产的人员多。电压暂降给此类生产线不光带来原料浪费、设备损坏，而且造成生产管理混乱及很大的安全隐患。1供电系统的现状近些年在电能质量问题的各种现象中，电压暂降是造成电压敏感设备不能正常工作的主要原因，通常认为电压暂降引起70%90%电能质量问题。英国1995年就电能质量问题对容量1 MW的100家用户做了调查，结果显示在监测的12个月里，69%用户的生产过程因电能质量问题受到破坏，且83%的事件是由于电压暂降引起的。目前在工业化国家电压暂降已经上升为重要的电能质量问题之一，成为各方关注的焦点。据报道，在欧洲，由电压暂降引起的用户投诉超过整个电能质量问题的80%，而由谐波引起的电能质量问题投诉不到20%。供电系统中的电压暂降问题主要是由大容量的、具有冲击性的负荷引起的，如大型的高压电机和大型的轧钢机等。当系统的短路容量较小时，若这些非线性、不平衡的冲击性质的负荷在生产过程中有功和无功功率随机地或周期性地大幅度变化其波动的电流流过供电线路阻抗会产生电压暂降，导致同一电网上其他用户电压暂降，危害其他馈线上的用户设备，严重时使其他用户无法正常工作。电压暂降已经成为供电系统的一种突出的电能质量问题1-2。佛山由于近年经济的飞速发展引进大型现代化生产企业，兆瓦级电动机和冲击负荷在不断的接入系统，与此同时招商引资一些外资高、精、尖技术企业也在不断的落户佛山，电压质量引起的矛盾也日益严重。本文以大容量电机接入为例分析大电机启动对系统的影响进行分析。2供电方式和启动方式根据接入用户提供的技术资料，一台9300 kW的10 kV高压电机，正常运行电流为606 A,电机起动电流为正常运行电流的2.8倍，起动电流约1 700 A，起动时间约40 s。母线计算标称电压Um=10 kV。10 kV母线最大运行方式下Xmax=0.38 ，最小运行方式下Xmin=0.5 ，经电缆长l1=1 450 m送到厂家配电房，从配电房10 kV母线再经电缆l2=20 m送到电动机。变电站主变容量：50 MVA；空分变电所10/0.4 kV变压器容量：1 MVA, 功率因数为0.93。电动机额定容量为9.3 MW，功率因数为0.91，效率为0.974。软启动器每相额定电抗Xr=0.33 ，限制启动电流倍数为极限的2.5倍。3算例分析古灶站10 kV母线电压相对值及电动机计算容图1网络接线图量和端电压相对值计算：额定容量：PrM=9.3MW，功率因数：cosrM=0.91，效率：=0.974，。电动机额定起动容量(启动电流倍数kp=2.5)为SstM=kstSrM=2.510.493 MVA=26.23 MVA。最小运行方式下古灶站10 kV母线短路容量为从古灶站至空分变电所电缆线路电抗为=(0.09+6.1/630)1.45 =0.144 5 。空分变电所至电动机电缆线路电抗为=(0.09+6.1/630)0.02 =0.001 99 。电动机启动时，空分变电所10 kV母线处起动回路额定输入容量为电动机启动时，空分变电所10 kV母线处计及预接负荷无功功率后的的起动回路额定输入容量为Sst2=Sst3+Qfh2=Sst3+Sfh2sin=24.13+10.367 MVA=24.5 MVA电动机启动时,古灶变电所10kV母线处起动回路额定输入容量为古灶站10 kV母线仅有2条线路带有负荷无功负荷估算为Qfh6 MVA古灶站10 kV母线电压相对值为空分变电所10kV母线电压相对值为电动机端子电压相对值为4结论正常运行时古灶站母线长期在10.1 kV10.7 kV间运行取10.5 kV为参考计算值，在电动机启动的瞬间变电站母线电压会暂降1.26 kV，母线电压仅为9.24 kV，根据国标GB/T12325-2008电能质量供电电压偏差4.2规定20 kV三相供电电偏差为标称电压的7的规定，上述结果为88距离国标要求还有一定差距。空分所母线电压为8.87 kV将严重影响其他设备的正常工作，电动机端子电压相对值仅为77.74%，无法满足通用用电设备配电设计规范GB 5005593第2.3.1及2.3.2条电动机正常起动时，其端子电压应能保证机械要求的启动转矩，其配电母线电压不应低于额定电压的85的规定。GB 5005593通用用电设备配电设计规范第2.4.10条指出，交流电动机的低电压保护应符合下列规定：低电压保护器件宜采用低压断路器的欠压脱扣器或接触器的电磁线圈。即如果用户有使用交流电动机，宜安装欠压脱扣器。佛山配网大部分使用精密仪器生产的企业都安装了欠压脱扣器，且低压脱扣器整定较为灵敏，一般低于额定电压的90%脱扣器都会零时限动作，类似的这种大容量电机启动引起的电压暂降会使同母线的其他用户低压脱扣器动作，让系统损失局部的负荷。根据电网电能质量技术监督管理规定提出的“谁干扰，谁污染，谁治理”的原则在解决电压暂降