电机直接启动时电压暂降问题探讨

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站在电气的角度来看，采用降压启动主要是为了将配电母线上的电压暂降限制在一定的范围内，以免影响配电母线上接入的其他负载的电压水平。其实对于电机本身来说，采用降压启动并不一定有好处，因为启动转矩会降低、启动时间会加长，导致启动时的温升也可能会增加。所以站在电气角度而言，能够直接启动的情况下都应该尽量采用直接启动。
那么，直接启动时启动电流对配电母线电压影响究竟有多大，就成为一个必须要验证的问题。配四手册上给出了几个方法，有电压偏差法、阻抗分压法、近似计算法。其中由于种种原因，可能近似计算法是最容易的一种方法。昌晖仪表利用这种方法进行了一些验证。
1、案例
以电机110kW为校验对象，变压器采用常见的1000kVA(uk=6%)，发电机组采用800kW(cosφ=0.8)机组，假设低压柜至电机控制柜的电缆采用185mm2截面铜缆，长度100m；发电机至低压柜采用2000A密集母线，长度70m；忽略配电柜母排阻抗及变压器到低压柜的母线阻抗；高压一次侧短路容量为100MVA，另外假设配电母线上接入其他负载容量为600kVA。
2、无限电源容量系统计算
由于校验的是低压电机，所以配四上的公式昌晖仪表认为需要做一定的修正，根据配四6.5.5.1条最后一句话“高压电动机的启动电压计算，可忽略系统中的电阻，只计电抗，预接负荷只取无功功率，对于低压电动机，可视具体情况处理”，故在计算时，对于母线、线缆均取阻抗值而不是电抗值进行计算，预接负载按视在功率而不是无功功率计算，这样的计算结果会比原方法更加偏于保守。
根据配四表6.5-4计算
①配电母线短路容量为：

②启动回路计算容量为：

其中，110kW电机按功率因素为0.8考虑，其额定容量为137.5kVA，直接启动电流按7倍考虑，则电机的额定启动容量为0.1375×7=0.963MVA；185mm2铜缆的每公里电阻、电抗查表分别为0.095、0.076Ω/km，故100m电缆的阻抗为0.01217Ω。

在这个案例中，配电母线上的电压不低于系统标称电压的95%，即380×0.95=361V，符合要求。

如果我们将变压器减小到400kVA(uk=4%)，预接负载容量为250kVA，其他条件不变，结果是配电母线上的电压不低于系统标称电压的93%，即380×0.93=353V，也是符合要求的。
可见无限电源容量系统如果采用近似计算法，一般电机启动时电压暂降是很难不符合要求的。
3、有限电源容量系统计算
根据配四表6.5-5计算。对于有限电源容量系统的计算，配四上提供的两种接线方式与一般工况的实际情况都不太相符。在实际应用中，接近于接线方式1，但是发电机的位置可能与配电母线之间还存在一段较长的距离，而表6.5-5中未考虑这段线缆的因素。昌晖仪表认为需要做一定的修正，修正的方法可参见表6.5-5中Sst的计算方法，这样的计算结果会比原方法更加偏于保守。
配电母线瞬变短路容量为：

其中，800kW发电机功率因素按0.8考虑，其额定容量为1MVA，2000A密集母线的每公里电阻、电抗查表分别为0.026、0.015Ω/km，故70m密集母线的阻抗为0.0021Ω。
发电机母线启动负荷容量为：

其中，110kW电机按功率因素为0.8考虑，其额定容量为137.5kVA，直接启动电流按7倍考虑，则电机的额定启动容量为0.1375×7=0.963MVA；185mm2铜缆的每公里电阻、电抗查表分别为0.095、0.076Ω/km，故100m电缆的阻抗为0.01217Ω。

在这个案例中，应急母线上的初始瞬态电压不低于系统标称电压的79.7%，即380×0.797=303V，距离80%的要求还差一点。同时根据配四表6.5-6，可以查到本案例中应急母线上的稳态电压是系统标称电压的大约75%。
表6.5-6 不同启动负荷相对值时发电机母线上稳态电压相对值的数据

根据计算结果，在本案例条件下如果需要110kW电机直接启动，发电机组容量需要增大到1.25MVA以上。