浅谈大容量电动机的配电

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摘 要:本文通过介绍岭澳核电站大型空压机的配电特点，验证大容量电机起动需满足的条件，并明确所需满足的继电保护要求及相应的计算校验。

　　关键词：电动机 元件阻抗起动条件 继电保护

　　一、 前言大容量电动机通常是指电功率在几百甚至上千千瓦的电动机。其配电装置采用3 kV∽10kV电压等级，在电网容量，电动机和生产工艺许可的情况下，尽量采用全电压直接起动的方式，同时还要有相应的继电保护装置确保其正常运行。大型电动机的运行将会给电网和其它拖动设备的安全运行带来很大影响，因此需要进行认真的比较和分析计算，以确定经济合理，运行可靠，技术先进的配电方案。以下就岭澳核电站空压机配电的工程实例谈谈大容量电动机的配电特点，起动条件及相应的计算验证。

　　二、 工程实例（一）实例介绍岭澳核电站空气压缩系统由三台空压机组成，主要向核岛和常规岛输送压缩空气。空压机由英国ATLAS公司进口，其电动机功率分别为250kW/50Hz/3phase，电压等级为6.6kV.电源引自电站东北侧辅助变压器平台全厂共用的6.6kV配电盘，选用3x3（ZR-YJV-10-1x400）中压铠装电缆约9x550米至核岛电气厂房6.6kV配电盘后，再分别选用ZR-YJV22-3x35中压铠装电缆约350米给各空压机供电。该电动机和工艺设备无特殊的动热稳定要求，但根据规程，电动机起动时母线电压不应低于额定电压的85%.根据以上技术条件，为确定电动机起动时的电压电流是否满足起动要求需进行起动计算，然后校验电动机的继电保护要求。计算条件应设供电系统是无限大容量电源，采用标幺值，计算容量Sj=100MVA.（二）在计算之前需考虑以下因素：

　　1、大容量电动机起动时，需要满足起动母线电压波动、电动机起动转矩要求和电动机及工艺设备的动热稳定要求。电动机和工艺设备应能承受全压起动时的冲击，即能满足电动机和工艺设备的动稳定要求。对于某些电动机在全压起动时还需满足制造厂规定的热稳定要求。

　　2、大型电动机起动时，其端电压应能保证被拖动机械要求的起动转矩，且在配电系统中引起的电压下降不应妨碍其它用电设备的工作。按照国家标准《电能质量。电压允许拨动和闪变》（GB 12326-93）的要求，一般情况下，电动机起动时配电母线上的电压不应低于额定电压的85%，对于经常起动的电动机，不应低于额定电压的90%. 3、起动计算（1）阻抗计算设供电系统是无限大容量电源，采用标幺值计算，用系统阻抗（X*xt）计算起动压降时，应按引起压降最大的情况，即系统容量最小，短路容量最大的情况。

　　b.线路阻抗（X*l1）

　　X*l1=X×Sj/Uj2式中：X——每相线路电抗（Ω）；Uj——线路基准电压（kV）；c.母线上其它负荷电抗（X*fh）；X*fh=Sj/Sfh式中：Sj——基准容量，取100MVA；Sfh——母线上其它容量计算值（MVA）；d.线路阻抗（X*l2）

　　X*l2=X×Sj/Uj2式中：X——每相线路电抗（Ω）；Uj——线路基准电压（kV）；e.电动机起动阻抗（X*d）

　　X*d=1/Kq×Sj/Sed式中：Kq——电动机全压起动电流倍数；Sed—电动机额定容量。

　　（2）起动参数计算由图1可知，电动机回路阻抗     X*q=X*l2+X*d母线总的阻抗       X*= X*q// X*fh供电系统的总阻抗   ∑X*=X*+X*l1+X*xt系统提供的总起动电流 I*q=1/∑X*电动机回路起动电流，由电动机回路阻抗和负荷阻抗分流计算，即I*d=I*q × X*fh/（X*fh+X*q）

　　母线电压标幺值 U*m=I*q×X*电动机端电压相对值（起动时电动机端电压/电动机额定电压）   U*d=I*d×X*d 4、继电保护根据国家标准《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062-92），关于3kV及以上电动机的保护，要求设置电流速断保护、差动保护、过负荷保护、失压保护、不平衡缺相保护、接地故障保护及起动次数保护。本例主要考虑差动保护、电流速断保护、过负荷保护、低电压保护、接地保护。

　　（1）差动保护按躲过电动机的最大不平衡电流计算保护装置的动作电流Idzj=（1.5∽2）Irm/n1 A；

　　按最小运行方式下，电动机接线端两相短路时，流过保护装置的短路电流校验保护装置的灵敏系数Km=Ik2.min/Idz≥2.（2）电流速断保护按躲过电动机的起动电流，计算异步电动机保护装置的动作电流：Idzj=KkKjxKqIrm/n1 A；按最小运行方式下，电动机接线两相短路时，流过保护安装处的短路电流校验保护装置的灵敏系数：Km=Ik2.min/Idz≥2.（3）过负荷保护按躲过电动机的额定电流计算保护装置的动作电流：Idzj=KkKjxIrm/Khn1 A（4）低电压保护当母线电压下降至额定电压的60%时，低电压作用于跳闸。

　　（5）接地保护按被保护元件发生单相接地故障时最小灵敏系数1.25整定保护装置的一次动作电流：Idz≤（Ic∑-Icm）/1.25 A（三）本例计算结果如下：1、元件阻抗标幺值（1）系统阻抗由电站提供，6.6kV出线最小短路容量为150MVA，最大短路容量为330MVA.基准容量Sj=100MVA.

　　X*tmin=Sj/Smin=100/150=0.667 X*tmax=Sj/Smax=100/330=0.303（2）变压器阻抗（X*b）

　　由制造厂给出，为X*b=0.09；（3）线路阻抗（X*l1）

　　本例中线路采用九根1x400mm2铜芯交联聚乙烯绝缘电缆，电缆长度为0.55kM，线路每公里电抗为0.150Ω，可得X*l1=X×Sj/Uj2=0.150x0.55x100/6.62/9=0.0210由于线路阻抗相对于电动机阻抗较小，可在以下计算中忽略。

　　（4）电站该6.6kV母线上其它负荷为Sfh=10.5MVA，因此X*fh=Sj/Sfh=100/10.5=9.523（5）线路阻抗（X*l2）

　　本例中线路采用三根3 x 35mm2铜芯交联聚乙烯绝缘电缆，电缆长度为0.35km，线路每公里电抗为0.123Ω，可得X*l2=X×Sj/Uj2=0.123x0.35x100/6.62/3=0.0329（6）电动机起动阻抗本例中电动机额定容量为3x250/0.85=882.35KVA=0.882MVA，额定电压为6.6kV，额定电流为31A，起动电流倍数为10倍，可X*d=1/Kq×Sj/Sed=（1/10x100）/0.882=11.34 2、起动计算过程及分析电动机回路阻抗X*q=X*l2+X*d=0.0329+11.34=11.37母线总阻抗X*=X*q//X*fh=11.37x9.523/（11.37+9.523）=5.182供电系统总阻抗：∑X*=X*+X*l1+X*xtmin+X*b=5.182+0.0210+0.667+0.09=5.96总起动电流I*q=1/∑X*=1/5.96=0.168母线电压U*m=I*qX*=0.168x5.182=0.871电动机回路起动电流：I*d=I*qxX*fh/（X*fh+X*q）=0.168x9.523/（11.37+9.523）= 0.077端电压U*d=I*dX*d=0.077x11.34=0.873由计算可知，电动机起动时能满足要求，即母线及电动机端电压均超过85%，因此可采取直接启动的方式。

　　3、继电保护计算（1）电动机侧短路时，当系统取最小短路容量为150MVA时，d1点的短路电流计算其中，Xjs1=X*xtmin+X*l1+X*l2+X*b=0.667+0.021+0.0329+0.09=0.811短路电流Idlmin=Ij/Xjs1=Sj/（UjXjs1）=100/（ x6.6x0.811）=10.786kA两相短路电流I"dlk2=0.866Id1min=0.866x10.786=9.341kA当系统取最大短路容量为330MVA时，d1点的短路电流计算其中，Xjs2=X*xtmax+X*l1+X*l2+X*b=0.30+0.021+0.0329+0.09=0.444短路电流Idlmax=Ij/Xjs2=Sj/（ UjXjs2）=100/（x6.6x0.444）=19.703kA（2）差动保护配电装置电流互感器的变比为50/5，电流互感器的接线系数Kjx为1，因此可得保护装置的动作电流Idzj=（1.5∽2）Irm/n1=（1.5∽2）31/10=（4.65∽6.2）A当Idzj取6.0A时，Idz=Idzj× n1/Kjx=6.0x10/1=0.06kA保护装置的灵敏系数Km=I"d1k2min/Idz=9.341/0.06=156>2（3）电流速断保护保护装置的动作电流为Idzj=KkKjxKqIrm/n1=1.6x1x31/10=4.96A Idz=Idzj n1/Kjx=5x10/1=0.05kA保护装置的灵敏系数为Km=I"dlk2min/Idz=9.341/0.05=187>2（4）过负荷保护保护装置的动作电流为Idzj=KkKjxIrm/Khn1=1.6x1x31/（0.85x10）=5.84A，按照此电流值对过负荷电流值进行整定。

　　（5）接地保护电网的总单相接地电容电流IcΣ=0.1Url=0.1x6.6（9x0.55+3x0.35）=3.96A可得保护装置的一次动作电流为Idz=（Ic∑-Icm）/1.25=3.96/1.25=3.168A保护装置的动作电流3.168A满足零序电流互感器和接地继电器的灵敏系数要求。

　　三、 结束语

　　综上所述，大型空压电机的配电考虑因素较多，应着重考虑电机的工艺要求，起动条件和继电保护要求。在电网容量，电动机和生产工艺许可的情况下，尽量采用全电压直接起动的方式，同时还要有相应的继电保护装置确保其正常运行，而继电保护却只要满足运行条件，规范要求，就能达到保护空压机的要求。

　　参考文献1.《工业与民用配电设计手册》（第2版）水利电力出版社。

　　2.《发电厂电气部分》电力工业出版社。

　　3.《岭澳核电站空气压缩系统手册》