超大型电动机起动方法之比较

田晨

宋振洋②

詹雨桥①

田超③

（①黑龙江科技大学电气与控制工程学院，哈尔滨150022；②齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，齐齐哈尔161000；③内蒙古大学电子与信息工程学院，哈尔滨150022）

0 引言

伴随着我国工业的不断发展和进步，超大型电机的应用也随之增加，解决超大型电机的启动问题也显得尤为重要。在通常情况下，10000kW～20000kW电机大多数使用减压起动的方法。功率超过20000kW的超大型电动机，只能通过使用高压变频器方法进行软启动。目前市场上这种高压变频器价格很高，许多工厂为了节约资金通常不使用高压变频器，而直接采用独立变压器全压起动。此种方法虽然节约了购买高压变频器的资金，但是全压启动对大型电机的危害也会增大。

1 电动机直接全压起动的危害性及软起动好处

1.1 对电网的影响 ①起动电流中含有大量的高次谐波，会与电网电路参数引起高频谐振，这样极容易导致自动控制故障、造成继电保护误动作等问题。②起动的大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击，常常会引发功率振荡，使电网失去稳定性。

1.2 使电机绝缘受损，影响电机寿命 ①全压启动产生的大电流致使导线释放更多热量；伴随着大电流产生的机械力使导线间互相摩擦。这些情况都加速了导线外绝缘层的老化，缩短了绝缘层的使用寿命。②高压开关合闸瞬间会产生触头的抖动现象，这会使电机定子绕组产生操作过电压。

1.3 电动力对电机的伤害 全压启动产生的大电流能够产生很大的冲击力，这会对定子线圈及鼠笼条造成伤害，容易造成线圈变形、鼠笼条断裂等故障。这些都严重影响了电机的使用。

1.4 对机械设备的伤害 全压直接起动时的起动转矩大约为额定转矩的两倍，这种大的力矩突然作用在静止的机械设备上，极容易造成加速齿轮磨损甚至损坏、加速皮带磨损甚至拉断皮带等故障。

当采用减压起动时，能够适当地减少上述的危害，而采用软起动时，几乎可以不产生上述危害并且这种独立变压器供电直接启动电机的方式仅能够适当减少电网电压波动，而其它的危害和影响几乎没有减少。

在生产过程中，超大型电动机是设备的核心且此类电动机的价格昂贵。一旦其发生故障则会带来巨大的经济损失。因此，维护好超大型电动机是非常重要的。

2 几种起动方法之比较

2.1 自耦变压器减压起动 此类方法大多数使用在10000～20000kW电机上，而高于20000kW的电机上几乎不能使用。

起动时，自藕变压器低压侧与电机相连接。因此自藕变一次电流较小，能在一定程度上减小线路压降，减小对其它设备的影响。

但存在如下缺点：

①冲击方面：在电动机起动时，电压有2～3次切换，所以转矩会有2～3次突变，这种突变会影响较精密的机械设备；在电气方面，如果自藕变比较高则会对电网产生很大影响。②可靠性方面：由于会有大量电流伴随切换的产生，这会在自耦变压器绕组上产生感应过电压。这种情况极易造成对绕组绝缘的破坏，降低使用寿命。

2.2 降补式减压起动 所谓降补减压起动方式就是传统的自藕变压器减压起动，并在自藕变压器的二次侧增加了输出容性电流的高压电力电容器，它是为了解决小容量电网起动较大电机的情况，使电机起动时的感性电流较少地流入电网。但是该方法并不能减少电机本身的起动电流，起动电流对电机及负载的冲击依然很大（比如在某例中，电机回路的起动电流为4.8Ie）。

采用电容器来减小流入电网的感性电流是众所周知的方法，用于电动机的起动还存在下述几个笔者所担心的问题：

①电机起动时电流突变中的高次谐波会影响电容器的寿命。②电容器合闸时会产生很大的涌流，致使这种方法不适于频繁起动。③起动过程中如因事故跳闸，则可能发生电机振荡现象，严重危及机械设备的安全。④当电机起动接近结束时电流会下降，此时要及时切除电容器，否则会有过补偿发生，这样会使电压波动率大大增加。

2.3 独立变压器供电直接全压起动（T-D组） 以20000kW/10kV电机为例，当采用独立变压器供电方式时，一次系统如图1所示。

图1

T1为三绕组主变。10kV绕组给其它负荷供电；35kV绕组给T2-D供电。D的容量一般在T2容量的0.6倍左右。

如果电机D同时与其它负荷共网运行，则一次系统如图2所示。主变可以使用双绕组变压器。

图2

在耗损方面，T-D组起动方式较共网方式呈增加的态势，当出现满负荷的情况时，假设此时的铁损等于铜损，就会得出下列的多耗能计算公式：

大型电机在工作时，通常情况下均为连续工作制，假设按0.5元/kWh计算，可以得出每年多耗电费

0.5 ×132.4×24×365=0.5×116=58（万元）

可以得出当应用独立变压器方式进行电机供电时，就会出现一些大量的损耗，从节约的角度出发，只需要我们在共网运行时减少一个变压器T2的使用，这样就可以节省一部分的资金费用，其效益也是很可观的。

2.4 采用静止变频器方式 用静止变频装置做软起动，其性能是当前软起动方式中最好的，但是其输出较大的动力矩大、额定电流内起动，常常会出现意想不到的故障。控制技术也相当复杂，一般技术工人很难应对，要有专业管理及维护人员。起动时间较长，特别在抽水蓄能机组应用时，起动时间甚至可达3～5分钟，这对需要调峰填谷的蓄能电站作出快速响应是非常不利的。

2.5 开关变压器式高压电机软起动装置 在主导电路的元器件选择上，对于所选的功率元件一定看好其容量，这样就可以保证开关变压器式高压电机软起动装置能够用来起动任何容量较大的电动机。

现在应用的软起动的方式均为静止变频，这样由于存在着高次谐波就会危及电机的使用性能。为了可以解决上述的问题，在软起动装置上采用了开关变压器式高压电机软起动的方式。

3 开关变压器软起动装置在某大型石化企业催化裂化装置中的应用

3.1 12000kW高压电机及负载相关参数 电机：额定功率12000kW，额定电流1322A，额定电压6kV。（佳木斯电机厂生产）风机：AV-50系列轴流压缩机。（陕西鼓风机集团有限公司）电网:变压器—电动机组供电方式,20000kVA变压器,电压等级为35k V／6kV。

3.2 起动情况 2007年4月11日上午10：05分空载起动12000kw电机，最大起动电流3000A（为额定的2.27倍）、起动时间10.4秒、6kV母线电压降15%。

2007年4月16日，轻载起动负载静叶开度为22度，最大起动电流为2850A（为额定的2.16倍），起动时间为40s，6kV母线电网最大压降为25%。

该装置的成功运行标志着具有自主知识产权的新一代超大容量软起动装置的诞生，从此我们国人有了自己的超大容量电机的软起动器。

4 结语

超大型高压电动机在生产运行过程都属于核心，且其价格昂贵。因此，很有必要对其进行保护。虽然软起动装置的工作时间很短，但其重要性却不容忽视，应该引起工作人员及管理人员的高度重视。另外，从节能的角度分析，电机系统使用软起动装置可以替代独立供电变压器，具有很显著的节能效果，在国人大力倡导节能减排的今天具有很实际的现实意义。

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