杨艳景，张莉莉，凌端强，常立勇

(1.华电重工股份有限公司，北京　100070；2.北京捷通机房设备工程有限公司，北京　100015；3.中国华电科工集团有限公司，北京　100070)



菲律宾Therma South 热电厂输煤系统电动机启动压降分析

杨艳景1，张莉莉2，凌端强3，常立勇1

(1.华电重工股份有限公司，北京100070；2.北京捷通机房设备工程有限公司，北京100015；3.中国华电科工集团有限公司，北京100070)

以菲律宾Therma South项目为基础，对电厂输煤系统设计-采购-施工(EPC)项目中常用低压笼型感应电动机的全压启动电压降进行了分析，并针对不同变压器容量和不同供电距离，给出了各电动机的启动数据，形成主流电动机启动速查计算数据，对项目设计中的电动机启动校验具有指导意义，工程实际应用效果显著。

热电厂；输煤系统；EPC；全压启动；电压降；电动机

1　项目背景

菲律宾Therma South热电厂位于菲律宾南部棉兰老岛达沃市，为2×150 MW机组，此项目由华电重工股份有限公司作为电厂输煤系统设计-采购-施工(EPC)承包方，项目包含7条带式输送机，1台圆仓堆取料机，一期皮带总长1.3 km。项目总包方为美国Black & Veatch Corporation，业主为Therma South Inc.。2014年初集港发货完毕(FOB)，2015年1月完成第1次重载调试，后期运行稳定。其中，带式输送机电动机为笼型感应电动机，包括3台90 kW，1台110 kW，2台45 kW电动机及1台中压电动机。

本文以此项目实际数据为基础并拓展开来，以期形成针对不同变压器、不同供电距离下各等级容量电动机是否能够全压启动的参考数据，完善一直以来低压电动机全压启动判据的缺失，方便电气设计人员快速、准确定位，提高工程设计实际应用效果。

2　研究现状

带式输送系统以其低成本、大运量、长距离、高带速等优点，已成为当前散状物料输送的主要方式[1]。A. Roberts等早在1983年就提出：当运输距离小于50 km时，采用带式输送机进行散料输送具有最好的经济性[2]。目前，在煤炭、冶金、水泥、电力、港口、化工等行业中，带式输送机进行散状物料输送已被广泛应用。

2.1散料输送系统电气设计中电动机启动存在2个误区

(1)启动条件严酷时减压启动。减压启动包括电抗器减压启动、自耦变压器减压启动、星-三角减压启动及变压器-电动机组减压启动。减压启动电流小，启动转矩也小，启动时间延长，启动电气复杂。

众所周知，笼型电动机的启动转矩与其端子电压的平方成正比[3]，这就意味着如果降压启动,同等条件下会导致启动更加困难,甚至启动失败。所以，越是在启动条件严酷的时候,越应该优先采取全电压启动，特别是在输煤系统大多数电动机需要重载启动的情况下,更是如此。

(2)简单按照电动机容量等级来规定多大的电动机应减压启动。不同的供电系统，不同容量的变压器，不同的供配电线路等参数，导致不同容量的电动机在不同情况下的电压降也是不同的，故不能仅仅通过电动机容量来简单确定是否降压启动。

2.2研究现状

实际项目中，笼型异步电动机全电压启动以其启动转矩大、结构简单、维修方便、造价低等优势占有很高比重。但一直以来，由于上述认识误区，缺乏系统、全面的实际应用计算数据，特别是一些远距离供电情况下大电动机的启动判断缺乏计算支撑，导致盲目采用其他启动方式，增加不必要的成本，延长了启动时间，造成经济损失。

在文献[4]中，只讨论了供电距离100 m的情况，实际工程中，供电距离往往在200 m以上，少数甚至超过300 m，而远距离供电情况下电动机能否启动才是最需要研究的；只讨论了3种功率的电动机，不具备普遍性，而且部分参数如变压器一次侧短路容量直接按100 MV·A考虑，对于大容量变压器及部分母线短路电流较大的情况并不适用。

2.3电动机启动所需条件

(1)启动时配电母线上的电压应符合下列要求：1)电动机频繁启动时，不应低于系统标称电压的90%；不频繁启动时，不宜低于标称电压的85%；2)配电母线上未接照明负荷或其他对电压下降敏感的负荷且电动机不频繁启动时，不应低于标称电压的80%；3)配电母线上未接其他用电设备时，可按保证电动机启动转矩的条件决定；对于低压电动机，还应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。

(2)启动时电动机端子电压应能保证传动机械要求的启动转矩，即

(1)

式中：ustM为启动时电动机端子电压相对值；MstM为电动机启动转矩相对值；Mj为电动机传动机械的静阻转矩相对值。

企业与外部利益相关者的和谐体现于信任机制的建立。因为在企业与外部利益相关者的互动过程中，企业影响力的大小取决于企业在外部系统中的权重，也就是企业在整个外部系统中的地位问题。在整个外部系统的产业链中，企业与长期合作者的关系应该建立在互相信任的基础上，这样可以最小化交易成本，降低企业的成本和费用，并最大化企业的利润。同时减小系统中强势成员对弱势成员利益的侵害，从而达到系统的共同繁荣。

3　电动机启动压降计算

3.1系统参数设置

本文数据依照菲律宾Therma South项目，在此基础上增加了75 kW和132 kW 2个容量等级的电动机——此二者也为输煤系统中常用等级低压电动机，并增加了各容量电动机在不同变压器容量和不同供电距离下的启动电压降数据。

电动机采用某合资品牌主流机型参数，其在实际项目中应用广泛，具有普遍参考性。为使工程设计具有普遍适用性，额定电压取0.38 kV。电动机供电电缆电压降按照3%Un考虑。

变压器一次侧短路容量：按照实际项目中低压侧母线最大短路电流50 kA考虑，通过计算并考虑1 600 kV·A以上变压器本身阻抗较小，对应母线最大短路电流的一次侧短路容量较大，接近200 MV·A；而对于小容量变压器来说，稍大一点的高压侧短路容量对低压侧母线短路容量影响不大，故取200 MV·A。

3.2计算公式

母线电压相对值

(2)

电动机端子电压相对值

(3)

(4)

式中：Skm为母线短路容量，MV·A；Qfh为预接负荷的无功功率，MV·A，在变压器二次母线上可取0.6(ST-0.75SrM)，其中ST为变压器容量，MV·A，SrM为电动机额定容量，MV·A；Sst为电动机启动时启动回路的额定输入容量，MV·A；SstM为电动机额定启动容量，MV·A，其值为kstSrM，其中kst为电动机额定启动电流倍数(本文取7)；SrT为供电变压器的额定容量，MV·A；xT为供电变压器的电抗相对值；SK为供电变压器一次侧短路容量，MV·A。

3.3计算结果

表1～5分别为45,75,90,110,132 kW常用容量等级电动机在不同变压器容量、不同供电距离情况下的启动电压降计算结果。表中：SrT为供电变压器额定容量；uT为变压器阻抗电压相对值；Qfh为预接负荷无功功率；Skm为母线短路容量；PrM为电动机有功功率；SrM为电动机额定容量；YJV 3×为电机配电电缆规格；L为电缆长度；X1为线路阻抗；ustm为母线电压相对值；ustM为电机端子电压相对值；表格最后一列显示为该情况下电动机启动的电压降是否满足要求，Y表示满足要求，可以全压启动，N表示不满足要求。

表1　45 kW电动机在不同容量变压器及不同供电距离下的启动数据

续表

注：uT=0.06，PrM=45 kW,SrM=52.941 2 kV·A,电机启动所需端子电压相对值为0.796 6。

表2　75 kW电动机在不同容量变压器及不同供电距离下的启动数据

注：uT=0.06，PrM=75 kW,SrM=88.235 3 kV·A ,电机启动所需端子电压相对值为0.812 4。

表3　90 kW电动机在不同容量变压器及不同供电距离下的启动数据

续表

注：uT=0.06，PrM=90 kW,SrM=105.880 0 kV·A,电机启动所需端子电压相对值为0.812 4。

表4　110 kW电动机在不同容量变压器及不同供电距离下的启动数据

注：uT=0.06，PrM=100 kW,SrM=129.410 0 kV·A,电机启动所需端子电压相对值为0.812 4。

表5　132 kW电动机在不同容量变压器及不同供电距离下的启动数据

注：uT=0.06，PrM=132 kW,SrM=155.290 0 kV·A,电机启动所需端子电压相对值为0.796 6。

4　工程应用说明

(1)对于100 m以内的供电距离，输煤系统上述常用容量等级的低压电动机在电缆正确选型情况下基本可满足全电压启动。

(2)对于200 m以上的供电距离，则和变压器容量、电缆型号、电动机功率等因素有关，需要注意校验启动电压降。相关数据在对应数据表中可直接查找。

(3)某些长距离供电的较大容量电动机，启动不满足时，增大供电电缆的规格有时也可以全电压启动。但此法是以牺牲经济性为条件的，应理性选择。

(4)实际工程中，常见问题是未校验断路器的灵敏度。电动机全压启动时，断路器的瞬时过电流脱扣整定电流应能躲开启动时的峰值电流，而又满足灵敏度要求[5]。具体应按照下式整定：

瞬时过电流脱扣整定值

(5)

灵敏度系数

(6)

式中：IMst为电动机启动电流；Idmin为线路末端接地故障电流。

5　结束语

电动机的启动涉及电动机本身的许多参数，与电动机的制造形式和工艺关系密切。如果是特殊的感应电动机，具体的启动参数应该按照实际计算去检验，而不能完全把上述数据作为判断能否全压启动的依据。另外，变压器高压侧的短路容量这一数据取值，目前并没有一致结论，实际上应该以系统实际的短路计算结果为依据。文中的取值及计算，对于一般输煤系统工程来说，大多数适用。经过实际项目运行，验证了其工程实用性。

[1]宋伟刚，战欣，王元元，等.大型带式输送机驱动装置的比较研究[J].工程设计学报，2004(12)：301-311.

[2]SINGH M P, ELLIOT T M. Maximizing the performance and economics of complex belt conveyors through integrated design[J].Bulk solid handling,1995,15(2):239-244.

[3]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M]. 3版. 北京：中国电力出版社，2005.

[4]裴雷，樊烨.电动机全压启动的讨论及计算[J].电气应用，2014，33(16)：28-31.

[5]胡忠魁.浅议电动机的启动方式及其线路保护开关的选择[C]//河南省土木建筑学会.河南省土木建筑学会2010年学术研讨会论文集，2010.

(本文责编：白银雷)

2016-04-28；

2016-06-12

TM 343

B

1674-1951(2016)06-0001-05

杨艳景(1984—)，男，山西原平人，工程师，工学硕士，从事散料输送系统电气设计、电力系统继电保护、电力系统微机监控等方面的工作(E-mail:yang6315738yan@126.com)。