王 涌

（中国石化工程建设有限公司，北京 100101）

一种大功率异步电动机起动方案

王 涌

（中国石化工程建设有限公司，北京 100101）

大型电动机起动对电网、电动机和拖动设备的安全影响较大。通常情况下，若全压起动时的起动电流使得母线电压降超过允许值、或者电动机和生产机械不允许直接起动时，需要采取方法改善起动条件。本文通过工程实例介绍一种大功率电动机的起动方法,采用开关变压器软起动和液力耦合器配合使用,同时采用SVG静态无功补偿调节母线电压。

软起动；液力耦合器；SVG

根据GB 755—65规定，电动机起动要求其拖动力矩大于机械设备静力矩，电动机的最大转矩与额定转矩之比 Mmax/Me≥1.6。当母线电压降到低于80%～85%时，满载的电动机将无法拖动负载而堵转停机。此外，目前工厂中大量使用电子设备和自控设备，对供电的稳定性要求也越来越高。国家标准（GB 12326—93）《电能质量·电压允许波动和闪变》有如下要求：

1）需频繁起动的电动机起动时，在配电线路末端的电压降应≤10%。

2）偶尔起动的电动机起动时，配电母线末端的电压降不宜>15%。

3）配电线路上未接其他对电压波动敏感的负荷，且能保证所拖动的机械要求的起动转矩时，配电母线末端电压降允许达20%。

4）由变压器单独供电的电动机，配电母线上未接其他负荷，其允许的电压降可由被传动机械所要求的起动转矩确定，还应保证开关接触器线圈的电压不低于释放电压。

5）电动机起动时，电网总负荷容量不应超过供电设备（如变压器）或电网的过载能力。

本文以某化工项目为背景，该项目中存在一台17000kW的丙烯压缩机主电机，最终确定该丙烯压缩机主电机起动的实际标准：即丙烯压缩机属于不常起动电机，因此起动时机端母线电压在起动最低电压以上即可，直接起动电压由电机厂确定为70%额定电压以上；10kV母线电压根据负荷情况在起动中应维持在90%以上。

1 系统构成

1.1 软起动

传统的降压起动方法大都属于有级减压起动，起动参数选定之后不容易根据电机以及负载特性进行调整，而且在起动方式切换过程中存在着二次冲击电流的情况。针对传统降压起动方法的不足，近年来软起动器得到了广泛应用，它主要包括液阻式软起动器、磁控式软起动器以、固态软起动器、开关变压器软起动器等四大类。

基于开关变压器的软起动器的电路结构如图1所示。

图1 开关变压器软起动器连接示意图

开关变压器软起动解决了晶闸管的耐压限制，晶闸管不是串在异步电动机的定子回路中，而是用变压器来隔离高压和低压，变压器的高压绕组串在异步电动机的定子回路中，而低压绕组与晶闸管相连。起动时，通过控制系统控制晶闸管的触发角，可以连续改变低压绕组上的电压，进而可以改变高压绕组的电压而达到连续改变电机端电压的目的，这样可以实现电机的软起动。由于开关变压器的低压侧电压比较低，所以不必要采用晶闸管串联技术，同时变压器工作在开关状态，所以变压器的损耗很小。

1.2 液力耦合器

液力耦合器装设于电机和负载之间，通过控制工作腔内的工作油液及齿轮系统来 传递电动机能量并改变输出转速。通过这种方式可以达到调速的目的，但是在工作中电机仍然是全速工作。

该项目拟采用Voith Vorecon公司变速行星齿轮液力联轴器将主电机和压缩机连接在一起。通过变速行星齿轮液力联轴器可以调节压缩机转速，不仅可以根据工艺需求调节压缩机压力，还可使起动过程中压缩机的转矩缓慢增加，避免电机起动转矩不足。

1.3 SVG静态无功补偿

静止无功发生器（SVG），是用自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出无功电流，实现动态无功补偿的目的。

SVG分为电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型，其电路基本结构如图2所示。直流侧分别采用的是电容和电感这两种不同的储能元件。实际上，由于运行效率的原因，迄今投入使用的SVG大都采用电压型桥式电路，因此SVG往往专指采用自换相的电压型桥式电路作为动态无功补偿的装置。

图2 SVG的电路基本结构

采用SVG和电容器同时补偿的方法，可以避免起动前后由于电容器不能及时投切造成的过电压。

2 模拟仿真

2.1 电机及负载特性

本文的研究对象丙烯压缩机主电机由上海电机厂设计生产，效率为 96.9%。额定参数和起动特性分别如表1和图3所示。

表1 丙烯压缩机主电机额定参数

根据上节所述，丙烯压缩机和变速行星齿轮液力联轴器共同作为该电机的负载，液力耦合器厂家前后给出两种负载特性，先前负载特性Rev1和改进负载特性Rev2，见表2，用于建立仿真中电机负载模型，负载转矩已经折算到电机侧，用百分比表示。

图3 丙烯压缩机主电机全压起动特性

表2 负荷特性

2.2 仿真分析

本文电机属于起动困难型电机，首先要考虑能否在允许时间能起动，力求在系统最大压降一定的情况下，整个起动过程中的电压尽可能大以减少起动时间。因此，恒电流控制更适用于本文电机。

1）全压起动+改进负载特性Rev2（见表3）

表3

补偿后（见表4）。

表4

补偿电容器容量为54Mvar。

2）2.65 倍恒流起动+改进负载Rev2（见表5）

表5

补偿后（见表6）。

表6

补偿容量27Mvar，实际补偿电容21.5Mvar，起动后电压11.8kV。

经过比较，全压起动时，起动时间短，但起动电流倍数大，系统压降大，要达到符合国家标准的压降水平，需要补偿的无功大；而采用恒电流软起动，补偿容量在 20Mvar即可。据此，该项目最终在带丙烯压缩机主电机的母线上加装4组6Mvar的电容器和2套±8Mvar SVG。

3 工程实测结果

根据生产厂家现场的调试验收报告,电机在空载和带压缩机起动的情况下,最大起动电流分别为2796A（2.51倍额定电流）和 2807A（2.52倍额定电流）；起动时间分别为13s和20s；带压缩机负载的情况下，经SVG补偿后，电网电压最多下降7.7%。两种起动情况下的电流曲线如图4和图5所示。

图4 空载情况下的电流曲线

图5 带压缩机负载情况下的电流曲线

可以看出，现场实测结果相比于仿真分析，起动电流倍数更小，起动时间更短，同时起动时电网最大压降也更小。分析原因，可能是实际的压缩机负载特性与联轴器厂家给出的负载特性有一定的偏差，另外也可能是由于压缩机满负荷运行时并未达到电机的额定功率所致。

4 结论

石油化工行业随着装置加工量的日益增加，出现越来越多的大型压缩机、风机等，这些大型设备在用电机驱动时，电机的起动是一个十分关键和困难的问题。本文通过仿真分析和现场实际调试数据说明，采用液力耦合器+软起动，同时附加SVG补偿的方式，不失为一种成功的大电机起动策略。

[1] 工业与民用配电设计手册[M]. 3版. 北京: 中国电力出版社, 2005.

[2] 《钢铁企业电力设计手册》编委会. 钢铁企业电力设计手册[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1996.

[3] 甘世红, 褚建新, 顾伟. 基于开关变压器的中压异步电动机软起动器[J]. 中国电机工程学报, 2005,25(16): 153-157.

[4] 翁利民, 舒立平. 静止无功发生器（SVG）简介[J].供用电, 2001, 18(1).

A Starting Scheme of Large Capacity Motor

Wang Yong
(Sinopec Engineering Incorporation EE Department, Beijing 100101)

The starting of large capacity motor has large effect on the safety of grid, motor and drive device. Under normal circumstances, if the starting current of full voltage starting causes the bus voltage drop exceeds the allowable value, or motor and machinery does not allow direct starting, we need to take the method to improve the starting condition. Through a specific project example, this paper introduces a method of starting a large capacity motor. This method adopts switch transformer soft starter and hydraulic coupler, and uses the SVG static wattles power compensation as the adjusting busbar voltage level.

soft starter; hydraulic coupler; SVG

王 涌（1981-），男，江西南昌人，硕士研究生，中级工程师，石油化工厂供配电。