刘明，满淳

（1.天津渤化工程有限公司，天津300193；2.中国铁塔股份有限公司天津市分公司，天津300000）

伴随着我国电动机制造工业的发展，产品品种和规格不断增加，单机容量迅速增大，技术经济指标不断提高，与国外电动机制造工业逐渐靠拢[1]。

同步电动机是常用的交流电动机的一种，与直流电动机和感应电动机不同在于，同步电动机既可以作为电动机运行，又可以作为补偿机运行，还可以作为发电机运行。在现代发电厂中，交流发电机几乎都是同步发电机；在电力企业和工矿系统中，大容量的电动机往往都是同步电动机或者同步补偿机。同步电动机直接投入电网运行时，存在着失步与起动困难两大难题，这些难题制约着同步电动机的运用与发展[2]。

1 同步电动机起动方式的选择

1.1 交流电动机的各种起动方式

笼型异步电动机和同步电动机的起动方式常用的有全压起动、降压起动和变频起动三种方式。绕线型异步电动机的起动方式一般有频敏变阻器起动、电阻分级起动和交流电力电子开关起动（交流电力电子开关只用于交流低压电动机）[3]。

1.2 交流电动机起动方式的比较

变频起动是一种高效率、高性能的起动和调速方式，伴随着电力电子技术和微电子技术的发展，变频起动得到了广泛的应用，但是其系统复杂，造价较高，转速变化率小，对项目的初始投资造成一定的困难。

降压起动常用的有以下六种：1）星形-三角形降压起动；2）延边三角形降压起动；3）电阻降压起动；4）晶闸管降压起动；5）电抗器降压起动；6）自耦变压器降压起动。其中前四种往往用于低压笼型异步电动机，对于同步电动机和高压笼型异步电动机，一般只采用后两种降压起动方式[4]。

电抗器降压起动和自耦变压器降压起动均适用于高压电动机，电抗器降压起动的特点是起动电流较小，起动转矩较大；电抗器降压起动的特点是起动电流较大，起动转矩较小。

1.3 起动方式的要求

对于同步电动机，应优先采用全压起动，且在起动时起动电压降、起动容量、电动机及其起动设备的动热稳定应满足要求。

不经常起动的电动机电压降不应大于15%；经常起动的电动机电压降不应超过10%；在保证生产机械所要求的起动转矩又不影响其他用电负荷的正常运行，起动电压降可允许到20%。

电动机起动时，应对变压器过负荷进行校验。根据相关规范要求、设备厂家试验数据，若每昼夜起动6次，每次起动时间不超过15s，变压器的负荷率小于90%时，最大起动电流允许为变压器额定电流的4倍；若每昼夜起动6次，每次启动持续时间不超过30s，变压器负荷率小于70%时，最大起动电流允许值为变压器额定电流的4倍；若每昼夜起动10～20次，每次起动时间不超过30s，变压器负荷率小于70%时，最大起动电流允许为变压器额定电流的2～3倍；若每昼夜起动10～20次，每次起动时间不超过15s，变压器负荷率小于90%时，最大起动电流允许为变压器额定电流的2～3倍。当不符合上述条件时，应加大变压器的容量，而不是进一步降低起动电压，否则会延长电动机的起动时间，使变压器过热[5]。

1.4 实际应用项目举例（仅对电抗器降压起动方式进行讨论）

某项目1450kW轧钢电动机起动条件如下：

1)变电所6kV母线上短路容量Sd1=46MVA；2)电动机静阻转矩M*j=0.16；3)母线上的无功负荷Qfh=2.95Mvar；4)机组的总飞轮转矩GD2=80Mg；5)电动机额定容量Se=1.9MVA；6)电动机额定功率Pe=1450kW；7)电动机额定电流Ie=183A；8)电动机额定电压Ue=6kV；9)电动机的全起动电压U*qe=1；10)电动机全电压起动时的电流倍数Kiq=5.9；11)电动机全电压起动时的转矩M*q=1；12)电动机起动时的平均转矩M*qp=1.1；13)电动机的功率因数cosφ=-0.8；14)电动机的额定转速ne=500r/min；15)连续起动次数N=3次；

计算全压起动的可能性：1）计算系数α=1/U*m-1=0.175（根据现行规范GB50055要求，U*m=0.85，下同）；2）采用全压起动的条件：Kiq×Se＜α×（Sdl+Qfh）；Kiq×Se=5.9×1.9=11.2，α×（Sdl+Qfh）=0.175×（46+2.95）=8.55，11.2＞8.55，不满足全压起动条件。

计算电抗器起动的可能性：1）计算系数β=1.05/（1-U*m）=7；2）采用电抗器降压起动条件：U*qe×（Sdl+Qfh）/（Kiq×Se）＞β×（M*j/M*q）1/2；U*qe×（Sdl+Qfh）/（Kiq×Se）=1×（46+2.95）/（5.9×1.9）=4.37，β×（M*j/M*q）1/2=7×（0.16/1）1/2=2.8，4.37＞2.8，满足电抗器降压起动条件；3）计算系数γ=U*m/（1-U*m）=5.67；4）起动电抗器的电抗=62×[5.67/(46+2.95)-12/(5.9×1.9)]=0.95；5）可选用某厂家NKL-6-200-6型水泥电抗器Xk=6/100×6000/(31/2×200)=1.04Ω。

电抗器起动校验：

1）起动电压降低后的起动容量

Sq’=（Kiq×Se）]=1/[1.04/62+1/(5.9×1.9)]=8.5MVA；2）起动时母线上的电压U*m=（Sdl+Qfh）/（Sdl+Qfh+Sq’）=（46+2.95）/（46+2.95+8.5）=0.85；3）起动时电动机端子上的电压U*q=U*qe×（1-U*m）×（Sdl+Qfh）/（Kiq×Se）=1×（1-0.85）×（46+2.95）/（5.9×1.9）=0.655；4）起动时电动机的起动电流Iq=U*q×Kiq×Ie=0.655×5.9×183=707A；5）起动时电动机的起动转矩M*q=U*q2×M*e=0.6552×1=0.429＞0.16，电动机可以起动；6）起动一次时间

tq=/[3580×Pe×（×M*qp-M*j）]=80×5002/[3580×1450×（0.6552×1.1-0.16）]=12.4；7）连续起动三次电抗器必需的热稳定度（kA2×s1/2）：

I×t1/2=0.9×Iq×（tq×N）1/2×10-3=0.9×707×（12.4×3）1/2×10-3=3.82；8）电抗器的热稳定度（kA2×s1/2）：某厂家NKL-6-20-6型设备，根据产品样本得9.88，9.88＞3.82，满足电抗器热稳定度要求。

2 结束语

2.1 高压大型同步电动机起动时，对电网电压波动有极大影响，因此，必须按照电压降要求进行起动方法的选择和计算。

2.2 在电网容量允许时，同步电动机应尽量采用全压起动。只有在电网容量和电动机结构不允许全压起动时，才考虑采用电抗器起动、自耦变压器降压起动或变频起动。

2.3 同步电动机是否允许直接起动，首先取决于电动机的结构条件，它由电机制造厂决定。如果不能取得电机制造厂的资料时，通常可按下述条件估算，符合下述条件时，可以直接起动：1）对于3kV电动机：Pe/极对数≤250～300kW；2）对于6kV电动机：Pe/极对数≤200～250kW。