圆形堆取料机电压压降原因分析

摘要：基于莱芜电厂圆形堆取料机项目，根据设备调试过程中出现电压压降过大的问题，结合中学物理知识，分析导致压降的各种影响因素，针对各种影响因素，寻找减小电压压降的一些方法，提高设备性能。

关键词：圆形堆取料机;压降;方法

Abstact：Based on the project of circular stacker reclaimer in Laiwu Power Plant，according to the problem of excessive voltage drop in the process of equipment debugging，combined with the physics knowledge of middle school，this paper analyzed the various influencing factors of voltage drop，and aimed at various influencing factors，looked for some methods to reduce voltage drop，improve equipment performance..

Key words：Circular Stacker Reclaimer;Voltage Drop;Method;

1 引言

圆形堆取料机是一种集堆料功能和取料功能于一体的散料输送装备，广泛用于火力发电厂、钢厂，设备的功率通常在200-500 kW，主要的冲击性、大功率负载有堆料皮带电机、取料刮板电机，这些电机从启动到稳定运行，通常需要十几秒，而在这短短的十几秒，进线动力电缆电压会受到大功率设备启动的影响，导致设备欠压、不能正常启动、经常性的出现跳闸;或是设备可以工作，但总处于低电压运行状态，影响设备的安全使用寿命。以上种种情况导致设备不能正常运行，给生产带来不利影响。

2 圆形堆取料机概况

本项目圆形堆取料机的电源取自距离圆形煤仓约200米的高压箱式变压器，箱式变压器的容量为800 kVA，箱式变压器将6 kV的高压电变为低压380 V，然后通过长度约400米的铜芯电缆将动力电源送至圆形堆取料机电气房的总断路器，进线电缆的A＼B＼C三相每相均為4根95 mm?的单芯铜电缆并联，皮带电机与刮板电机可以同时运行，设备最大运行功率约为450 kW。圆形堆取料机的堆料臂有皮带电机一台，功率为55 kW，启动方式为直接启动;取料门架有刮板电机两台，单台功率160 kW，启动方式为软启动器启动，其他机构功率都小于30 kW。

3 圆形堆取料机现场出现的问题

在调试期间，设备夜间工作时，在刮板机启动的短短十几秒钟之内，能看到设备上照明投光灯亮度明显降低，取料门架上的投光灯甚至直接熄灭;在皮带机堆料工作时，启动刮板机会导致正在堆料运行的皮带电机跳停。正常情况下，380 V的动力回路，线路电压损耗不超过本身电压的5 %，即电压降小于19 V，此时线路电压不低于361 V，不会对驱动设备产生大的问题。经过现场测量，发现在刮板机启动的时候，设备上的动力电源电压约为336 V，电压值已经低于皮带电机正常运转时的电压要求，所以才会跳停。后通过现场一系列整改措施，解决了刮板机启动时投光灯亮度降低和皮带机跳停的问题，保证了设备的正常使用功能。

4 圆形堆取料机压降原因分析

虽然现场出现的问题得到了妥善的处理，但是，为什么会出现电压压降？引起压降的原因是什么？又该如何减小或者是避免压降？在查阅了众多资料后发现，引起电压降的因素有很多，下面根据现场所收集到的资料进行分析。

根据中学物理可知，电机供电采用的铜芯电缆是存在电阻的，有电阻势必会进行分压，导致电机端电压小于电源侧电压。忽略环境、温度等其他因素，根据欧姆定律进行推算，可以得到如下结果：

首先，计算电流：I=P/（1.732×U×cosφ） （1）

其中：P表示功率，单位kW;U表示电压，单位V;cosφ表示功率因数，取0.85.

然后，计算线路的电阻：R=ρ×L/S     （2）

其中：ρ表示导体电阻率，单位Ω·mm?/m;L表示电缆长度，单位m;S表示电缆截面积，单位mm?;铜芯电缆的电阻率取0.0175 Ω·mm?/m。

最后，计算电压压降：ΔU=I×R      （3）

所以ΔU=（P×ρ×L）/（1.732×U×cosφ×S）（4）

由以上推导公式可以看出：线路压降和电机的功率、导体电阻率、供电电缆长度成正比，线路压降和供电电压、功率因数、供电电缆截面积成反比。

5 圆形堆取料机压降解决方法

由推导出的电压压降计算公式可知，可以减小压降的方法有：

5.1电缆长度越长，其电阻值越大，那么所带来的的压降也就越大。那么，如果在设计的时候，优化电缆敷设路径，减小变压器到电机之间的距离，这样，进线动力电缆的长度就会变短，可以在一定程度上降低压降。

5.2保证电机侧电压值，也可以减小压降。圆形堆取料机正常运行的最大电流I=450÷（1.732×0.38×0.85）=804 A，由于动力电缆是四根相同电缆并联，所以总电阻为单芯电缆电阻的四分之一，即R s=（0.0175×400÷95）÷4=0.0184 Ω，压降ΔU=804×0.0184=14.8 V。一般来说，高压变压器会提供不同变比的抽头供使用者选择，本项目选择的变压器，分接头有5档，为±2×2.5%;通过调节变压器输入或者输出侧的分接头，使变压器的低压侧电源电压接近400V，减去电缆电阻造成的压降，保证最后到设备上的时候电压不低于380V，相当于从进线电源上去减小压降的影响。

5.3在适当的范围内，增大供电电缆的截面积，截面积越大，相同长度电缆的电阻就越小，電缆电阻所分得的电压也就越小，这样就可以降低电缆本身电阻分压造成的压降影响。

6 增加外部控制设备也能减小压降

6.1当然，还可以通过增加稳压器来保证设备的稳定运行。稳压器是使输出电压稳定的设备。稳压器由调压电路、控制电路、及伺服电机等组成。当输入电压或负载变化时，控制电路进行取样、比较、放大，然后驱动伺服电机转动，使调压器碳刷的位置改变，通过自动调整线圈匝数比，从而保持输出电压的稳定。从它的工作原理可以看出，稳压器可以用来调节设备启动时的电压，保证设备的电压稳定。

6.2由现场资料可知本项目刮板电机采用软启动器启动。使用软启动器启动电机时，其晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。所以，在设计皮带电机时，可以通过增设软启动器来减小启动时的压降，减小对设备电压稳定性的影响。

7 影响压降的其他因素

当然，压降也可能是电缆在安装过程中或使用过程中，电缆受到外力破坏，导致绝缘层受损，但又不会立即造成短路的状态，这种情况下电缆存在漏电流，所以线路电压会降低，这就要求在施工时要注意保护好电缆;其次，电缆的电阻还与使用环境、环境温度、安装固定的方式有关。这些因素在设计过程中也应该被重视，寻找到一个平衡点，尽可能的减小其对线路电压的干扰。

8 结语

通过以上分析发现，影响圆形堆取料机进线电压压降的主要因素有电缆本身的电阻、动力电缆的长度、变压器输出的电压。在设计过程中，应该根据电机的大小选择动力电缆，动力电缆载流量要有一定的富余量;其次，合理规划电缆敷设路径，缩短动力电缆的长度，保护好已经敷设好的电缆;然后，还可以选择适合项目使用环境的的变压器分接头，保证线路的电压;大功率的负载尽可能的选择降压启动或者是变频启动，减小启动电流;最后，还可以通过增加稳压器等外部设备来降低或者避免压降，保证设备的运行电压稳定。在设计制造安装过程中，综合考虑各种影响因素，并合理运用相关方法，可以让设备的性能得到更好的保障，让设备更好的服务于运行生产。

参考文献：

[1] 中国航空规划设计研究总院有限公司.《工业与民用供配电设计手册》.2016

[2] GB50055-2011.《通用用电设备配电设计规范》.2011

[3] 机械工业出版社.《电机及拖动基础》（第4版）.2007

[4] 重庆大学出版社.《现代电气控制技术》.2001

[5] 人民教育出版社.《物理选修3-1》.2013

作者简介：

毛玉喜，1992年9月，男，河南新县，助理工程师，大学本科。

（作者单位：华电曹妃甸重工装备有限公司）