摘 要：闡述了企業6kV電網供電時，在電網短路容量較小而高壓電機容量較大情況下起動方案的選擇、起動設計的計算、分析和確定，以及在實際開車時起動數據的考核等。
關鍵詞：電網供電；高壓同步電動機；起動；設計
一、前言
我國工礦企業的供電系統很多是采用6kV配電電壓，在6kV配電電網上，如果用電設備中有大容量（2000kV以上）的高壓電動機，在電動機的起動過程中，電網電壓會產生較大波動，將會直接影響電網的供電質量和電網上其他用電設備的正常運行和使用壽命，這種情況是不允許出現的。針對這一問題，在電控設計中往往采用降低電動機端電壓的方式進行起動。因此，在設計中，必須根據電網條件，對大型高壓電動機的起動進行起動計算、校核，選擇正確的起動方法和合理的起動設備。
二、電網條件和高壓電動機的主要技術數據
1、電網條件
某空分廠電控系統電源來自上級降壓站，電壓6kV，降壓站出線側的最大、最小短路容量為：Smax=230MVA，Smin=130MVA；降壓站至空分廠高壓配電室距離400m，由兩根185mm2銅芯電力電纜并聯送電，折算到空分廠6kV電纜進線處的最大、最小短路容量為：
Sbsmax=Sj/(Sj/Smax+XL)=212.31 MVA
Sbsmin=Sj/(Sj/Smin+XL)=123.46 MVA
式中：Sj—基準容量，取100MVA；XL—電纜電抗標幺值，XL=0.041 Ω
因此，該空分廠6kVA母線的最大、最小容量為：Sbsmax=212.31MVA，Sbsmin=123.46 MVA；空分廠6kVA母線為單母線分段運行，3700kW電機接在Ⅰ段母線上級，Ⅰ段母線預接負荷的無功功率：Qx=2.10MVA。
2、高壓電機的主要技術數據
該空分設備采用沈陽鼓風機廠生產的透平空氣壓縮機，其拖動電機為上海電機廠生產的T3700-4/1430大型高壓同步電機。
電機參數：額定功率：3700kW；額定電壓：6kV；額定電流：408A；額定容量：4235kVA；起動電流倍數：6倍；功率因素：cosΦ=0.9；頻率：50Hz；轉速：1500r/min；電機起動轉矩相對值：1.8；機組靜阻轉矩相對值：0.3；同步電機牽入轉矩相對值：1.18；飛輪力矩：385kg.m2；電機最長允許起動時間：40s；電機允許連續起動次數：2次。
三、高壓電機起動方式的確定和設計
高壓電機的起動方式取決于：電機起動時高壓母線上的電壓降是否符合國家的有關規定（起動不頻繁的電機，起動時母線電壓不低于85%的額定電壓）和滿足電機廠提出的技術條件，如：上述電機起動時電機端電壓不低于4.9kV，起動時間不超過40s。目前，我國6kV電網高壓電動機起動方式常采用以下兩種：全電壓起動（直接起動），見圖1（a）；電抗器降壓起動，見圖1（b）。

圖1(a)　全電壓起動電路圖　　圖1(b) 電抗器降壓起動電路圖
起動方式選擇：
1、全電壓起動，如圖2示

圖2　全電壓起動的等值電路
起動時電壓相對值：

式中：Usb——電機起動時母線電壓相對值；Sbs——母線短路容量，為123.46 MVA；Qx——預接負荷的無功功率，為2.1 MVA；Ss——電機起動時起動回路額定輸入容量,MVA；Ss=1/(1/Ssm+XL/U2)；Ssm——電機額定起動容量,Ssm=25.44 MVA；XL——電機線路電抗值
∵忽略XL，∴Ss=Ssm=25.44 MVA

∴ Usb=0.837＜0.85，不能滿足電機起動時母線電壓不低于額定電壓85%的要求。因此，不能采取直接起動方式。
2、電抗器降壓起動（忽略XL，如圖3示）

?。?IMG src="/UpImagePic/Info/200713010467160.gif" border=0>得：Ss≤22.15 MVA

圖3　電抗器降壓起動等值電路
?。骸?IMG src="/UpImagePic/Info/2007130104530515.gif" border=0> 得：　Xx=0.23 Ω
式中：Xx——電抗器電抗值
根據計算，起動電抗值應大于0.23Ω，我們選QKSG2—6500/6型起動電抗器，其額定電壓6kV，每相額定電抗值0.6Ω，額定起動電流1.9kA，額定起動容量6500kVA。該電抗器在電抗值0.6Ω、0.48Ω、0.39Ω處各有一個抽頭，經計算電抗器降壓起動數據,如表1示。
表1　電抗器降壓起動計算數據
Xx
(Ω) Ss
(MVA) Usb Is
(kA) Usm
(kV) Ks Sbs
(MVA)
0.6 17.86 0.875 1.51 5.25 3.70 　
0.48 18.87 0.869 1.60 5.21 3.92 123.46
0.39 20.00 0.862 1.66 5.17 4.07 　

表中：Usm——電機起動端電壓；Is=Usb(Ss/3U)；Ks=Is/Inm
從以上數據可知，采用電抗降壓起動，既能保證母線壓降不低于85%，又能滿足電機生產廠對電機的起動要求。在實際應用中，3700kW電機選用電抗其中間檔0.49Ω進行起動，如上表所示：起動時母線電壓0.869kV，電機端電壓5.21kV，起動電流1.6kA，為電機額定電流的3.92倍，比全電壓起動降低了約35%，而電抗器的允許起動電流為1.9kA=Isx，Isx＞Is=1.6kA，校驗電抗器的過負荷能力，也符合要求。
1996年1月在某空分廠3700kW高壓同步電機帶空氣透平壓縮機采用電抗器降壓起動一次成功。當時電網的母線電壓為6.35kV，電抗器接在0.48Ω檔，起動時母線電壓5.5kV，起動電流1.56kA，起動時間25s左右。在后來的多次起動中，均一次順利成功，其起動數據和上述數據基本一致。
四、結論
從以上設計數據和開車結果可以看出，這臺3700大型同步電機在上述電網條件下，采用電抗器降壓起動的方式是合理的，設計計算也是正確的。而起動設備的投資相對其他起動設備（如自藕變壓器降壓起動）要低，為企業節約了投資。