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摘 要:本文通過介紹嶺澳核電站大型空壓機的配電特點，驗證大容量電機起動需滿足的條件，并明確所需滿足的繼電保護要求及相應的計算校驗。
關鍵詞：電動機 元件阻抗起動條件 繼電保護
一、 前言大容量電動機通常是指電功率在幾百甚至上千千瓦的電動機。其配電裝置采用3 kv∽10kv電壓等級，在電網容量，電動機和生產工藝許可的情況下，盡量采用全電壓直接起動的方式，同時還要有相應的繼電保護裝置確保其正常運行。大型電動機的運行將會給電網和其它拖動設備的安全運行帶來很大影響，因此需要進行認真的比較和分析計算，以確定經濟合理，運行可靠，技術先進的配電方案。以下就嶺澳核電站空壓機配電的工程實例談談大容量電動機的配電特點，起動條件及相應的計算驗證。
二、 工程實例（一）實例介紹嶺澳核電站空氣壓縮系統由三臺空壓機組成，主要向核島和常規島輸送壓縮空氣。空壓機由英國atlas公司進口，其電動機功率分別為250kw/50hz/3phase，電壓等級為6.6kv.電源引自電站東北側輔助變壓器平臺全廠共用的6.6kv配電盤，選用3x3（zr-yjv-10-1x400）中壓鎧裝電纜約9x550米至核島電氣廠房6.6kv配電盤后，再分別選用zr-yjv22-3x35中壓鎧裝電纜約350米給各空壓機供電。該電動機和工藝設備無特殊的動熱穩定要求，但根據規程，電動機起動時母線電壓不應低于額定電壓的85%.根據以上技術條件，為確定電動機起動時的電壓電流是否滿足起動要求需進行起動計算，然后校驗電動機的繼電保護要求。計算條件應設供電系統是無限大容量電源，采用標幺值，計算容量sj=100mva.（二）在計算之前需考慮以下因素：
1、大容量電動機起動時，需要滿足起動母線電壓波動、電動機起動轉矩要求和電動機及工藝設備的動熱穩定要求。電動機和工藝設備應能承受全壓起動時的沖擊，即能滿足電動機和工藝設備的動穩定要求。對于某些電動機在全壓起動時還需滿足制造廠規定的熱穩定要求。
2、大型電動機起動時，其端電壓應能保證被拖動機械要求的起動轉矩，且在配電系統中引起的電壓下降不應妨礙其它用電設備的工作。按照國家標準《電能質量。電壓允許撥動和閃變》（gb 12326-93）的要求，一般情況下，電動機起動時配電母線上的電壓不應低于額定電壓的85%，對于經常起動的電動機，不應低于額定電壓的90%. 3、起動計算（1）阻抗計算設供電系統是無限大容量電源，采用標幺值計算，用系統阻抗（x*xt）計算起動壓降時，應按引起壓降最大的情況，即系統容量最小，短路容量最大的情況。
b.線路阻抗（x*l1）
x*l1=x×sj/uj2式中：x——每相線路電抗（ω）；uj——線路基準電壓（kv）；c.母線上其它負荷電抗（x*fh）；x*fh=sj/sfh式中：sj——基準容量，取100mva；sfh——母線上其它容量計算值（mva）；d.線路阻抗（x*l2）
x*l2=x×sj/uj2式中：x——每相線路電抗（ω）；uj——線路基準電壓（kv）；e.電動機起動阻抗（x*d）
x*d=1/kq×sj/sed式中：kq——電動機全壓起動電流倍數；sed—電動機額定容量。
（2）起動參數計算由圖1可知，電動機回路阻抗 x*q=x*l2+x*d母線總的阻抗 x*= x*q// x*fh供電系統的總阻抗 ∑x*=x*+x*l1+x*xt系統提供的總起動電流 i*q=1/∑x*電動機回路起動電流，由電動機回路阻抗和負荷阻抗分流計算，即i*d=i*q × x*fh/（x*fh+x*q）
母線電壓標幺值 u*m=i*q×x*電動機端電壓相對值（起動時電動機端電壓/電動機額定電壓） u*d=i*d×x*d 4、繼電保護根據國家標準《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》（gb50062-92），關于3kv及以上電動機的保護，要求設置電流速斷保護、差動保護、過負荷保護、失壓保護、不平衡缺相保護、接地故障保護及起動次數保護。本例主要考慮差動保護、電流速斷保護、過負荷保護、低電壓保護、接地保護。
（1）差動保護按躲過電動機的最大不平衡電流計算保護裝置的動作電流idzj=（1.5∽2）irm/n1 a；
按最小運行方式下，電動機接線端兩相短路時，流過保護裝置的短路電流校驗保護裝置的靈敏系數km=ik2.min/idz≥2.（2）電流速斷保護按躲過電動機的起動電流，計算異步電動機保護裝置的動作電流：idzj=kkkjxkqirm/n1 a；按最小運行方式下，電動機接線兩相短路時，流過保護安裝處的短路電流校驗保護裝置的靈敏系數：km=ik2.min/idz≥2.（3）過負荷保護按躲過電動機的額定電流計算保護裝置的動作電流：idzj=kkkjxirm/khn1 a（4）低電壓保護當母線電壓下降至額定電壓的60%時，低電壓作用于跳閘。
（5）接地保護按被保護元件發生單相接地故障時最小靈敏系數1.25整定保護裝置的一次動作電流：idz≤（ic∑-icm）/1.25 a（三）本例計算結果如下：1、元件阻抗標幺值（1）系統阻抗由電站提供，6.6kv出線最小短路容量為150mva，最大短路容量為330mva.基準容量sj=100mva.
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x*tmin=sj/smin=100/150=0.667 x*tmax=sj/smax=100/330=0.303（2）變壓器阻抗（x*b）
由制造廠給出，為x*b=0.09；（3）線路阻抗（x*l1）
本例中線路采用九根1x400mm2銅芯交聯聚乙烯絕緣電纜，電纜長度為0.55km，線路每公里電抗為0.150ω，可得x*l1=x×sj/uj2=0.150x0.55x100/6.62/9=0.0210由于線路阻抗相對于電動機阻抗較小，可在以下計算中忽略。
（4）電站該6.6kv母線上其它負荷為sfh=10.5mva，因此x*fh=sj/sfh=100/10.5=9.523（5）線路阻抗（x*l2）
本例中線路采用三根3 x 35mm2銅芯交聯聚乙烯絕緣電纜，電纜長度為0.35km，線路每公里電抗為0.123ω，可得x*l2=x×sj/uj2=0.123x0.35x100/6.62/3=0.0329（6）電動機起動阻抗本例中電動機額定容量為3x250/0.85=882.35kva=0.882mva，額定電壓為6.6kv，額定電流為31a，起動電流倍數為10倍，可x*d=1/kq×sj/sed=（1/10x100）/0.882=11.34 2、起動計算過程及分析電動機回路阻抗x*q=x*l2+x*d=0.0329+11.34=11.37母線總阻抗x*=x*q//x*fh=11.37x9.523/（11.37+9.523）=5.182供電系統總阻抗：∑x*=x*+x*l1+x*xtmin+x*b=5.182+0.0210+0.667+0.09=5.96總起動電流i*q=1/∑x*=1/5.96=0.168母線電壓u*m=i*qx*=0.168x5.182=0.871電動機回路起動電流：i*d=i*qxx*fh/（x*fh+x*q）=0.168x9.523/（11.37+9.523）= 0.077端電壓u*d=i*dx*d=0.077x11.34=0.873由計算可知，電動機起動時能滿足要求，即母線及電動機端電壓均超過85%，因此可采取直接啟動的方式。
3、繼電保護計算（1）電動機側短路時，當系統取最小短路容量為150mva時，d1點的短路電流計算其中，xjs1=x*xtmin+x*l1+x*l2+x*b=0.667+0.021+0.0329+0.09=0.811短路電流idlmin=ij/xjs1=sj/（ujxjs1）=100/（ x6.6x0.811）=10.786ka兩相短路電流i"dlk2=0.866id1min=0.866x10.786=9.341ka當系統取最大短路容量為330mva時，d1點的短路電流計算其中，xjs2=x*xtmax+x*l1+x*l2+x*b=0.30+0.021+0.0329+0.09=0.444短路電流idlmax=ij/xjs2=sj/（ ujxjs2）=100/（x6.6x0.444）=19.703ka（2）差動保護配電裝置電流互感器的變比為50/5，電流互感器的接線系數kjx為1，因此可得保護裝置的動作電流idzj=（1.5∽2）irm/n1=（1.5∽2）31/10=（4.65∽6.2）a當idzj取6.0a時，idz=idzj× n1/kjx=6.0x10/1=0.06ka保護裝置的靈敏系數km=i"d1k2min/idz=9.341/0.06=156>2（3）電流速斷保護保護裝置的動作電流為idzj=kkkjxkqirm/n1=1.6x1x31/10=4.96a idz=idzj n1/kjx=5x10/1=0.05ka保護裝置的靈敏系數為km=i"dlk2min/idz=9.341/0.05=187>2（4）過負荷保護保護裝置的動作電流為idzj=kkkjxirm/khn1=1.6x1x31/（0.85x10）=5.84a，按照此電流值對過負荷電流值進行整定。
（5）接地保護電網的總單相接地電容電流icσ=0.1url=0.1x6.6（9x0.55+3x0.35）=3.96a可得保護裝置的一次動作電流為idz=（ic∑-icm）/1.25=3.96/1.25=3.168a保護裝置的動作電流3.168a滿足零序電流互感器和接地繼電器的靈敏系數要求。
三、 結束語
綜上所述，大型空壓電機的配電考慮因素較多，應著重考慮電機的工藝要求，起動條件和繼電保護要求。在電網容量，電動機和生產工藝許可的情況下，盡量采用全電壓直接起動的方式，同時還要有相應的繼電保護裝置確保其正常運行，而繼電保護卻只要滿足運行條件，規范要求，就能達到保護空壓機的要求。
參考文獻1.《工業與民用配電設計手冊》（第2版）水利電力出版社。
2.《發電廠電氣部分》電力工業出版社。
3.《嶺澳核電站空氣壓縮系統手冊》
[nopage]二級建造師市政工程科目單項選擇題20題，每題1分，共計20分；多項選擇題10題，每題2分，共計20分；案例分析題共80分，總計120分。大家根據233網校老師講課中的章節重難點指引，看最新教材進行預習，再來聽精講班老師解讀教材考點，聽課時就不會一頭霧水，思路會比較清晰，也容易掌握各個考點。點擊聽課，進入備考>>
