摘 要：當(dāng)前超大容量電機(jī)的起動(dòng)方式共有四種方式，而每種起動(dòng)方式性能、特點(diǎn)又各不相同，本文詳細(xì)比較了超大容量電機(jī)的各種起動(dòng)方式并說明了各種方式的利弊，著中介紹了開關(guān)變壓器式超大容量電機(jī)軟起動(dòng)裝置并舉例說明在實(shí)際工礦中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：自耦變壓器減壓起動(dòng)、高壓變頻器軟起動(dòng)、獨(dú)立變壓器供電直接全壓起動(dòng)、開關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng) Abstract: Current large-capacity starter motor means a total of four ways, and each way starting performance and characteristics also vary, in this article a detailed comparison of the super-capacity starter motor various ways and explains the pros and cons of a variety of ways, the introduction of the Medium switch transformer type super-capacity motor soft starting devices and examples of actual industrial applications. Key words: Autotransformer start decompression, high-voltage converter soft start, an independent power supply transformer directly to the entire start-up pressure, high voltage electric transformer switch soft start. 一、概述 　　中高壓（3-10KV）電動(dòng)機(jī)的容量都比較大，一般都在200KW以上。近些年來，隨著我國工業(yè)化進(jìn)行程的加快許多行業(yè)的生產(chǎn)能力越來越大，其生產(chǎn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電機(jī)也越來越大，如在鋼鐵、化工行業(yè)，10000KW以上電動(dòng)機(jī)的使用已越來越多。 　　隨著超大型電機(jī)（10000KW—50000KW）的較多使用，以上問題也變得越來越嚴(yán)重，抽水蓄能電站一般都有幾臺(tái)4萬～30萬KW的發(fā)電電動(dòng)機(jī)。根據(jù)我國的近期發(fā)展規(guī)劃，千萬噸級(jí)的鋼鐵公司和百萬噸級(jí)的乙烯項(xiàng)目都有十幾個(gè)。要上的抽水蓄能電站項(xiàng)目也很多。如果再加上其它行業(yè)的情況，超大型高壓電動(dòng)機(jī)的數(shù)量是相當(dāng)可觀的。因此超大電機(jī)的起動(dòng)問題便被提到日程上來。 　　過去，超大型電機(jī)應(yīng)用不多，研究它的起動(dòng)方法的人也較少，對(duì)于超大型電機(jī)，減壓起動(dòng)的一些缺點(diǎn)變得突出起來，因此減壓起動(dòng)應(yīng)用于10000kW～20000kW電機(jī)較多，電機(jī)再大則用此法較少;對(duì)于20000kW以上的超大型電動(dòng)機(jī)，如要軟起動(dòng)則只有花高價(jià)購買高壓變頻器，由于其價(jià)格昂貴，人們常常舍棄軟起動(dòng)而采用獨(dú)立變壓器直接 　　全壓起動(dòng)，這是在權(quán)衡各方面情況之后所做出的不得已選擇，并非優(yōu)選之法，因?yàn)橹苯尤珘浩饎?dòng)的危害性對(duì)超大型電機(jī)變得更加突出。 二、電動(dòng)機(jī)直接全壓起動(dòng)的危害性及軟起動(dòng)好處 　　1. 對(duì)電網(wǎng)的影響 　?、倨饎?dòng)的大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊幾乎類似于三相短路對(duì)電網(wǎng)的沖擊，常常會(huì)引發(fā)功率振蕩，使電網(wǎng)失去穩(wěn)定。 　?、谄饎?dòng)電流中含有大量的高次諧波，會(huì)與電網(wǎng)電路參數(shù)引起高頻諧振，造成繼電保護(hù)誤動(dòng)作、自動(dòng)控制失靈等故障。 　　2. 傷害電機(jī)絕緣，降低電機(jī)壽命 　?、俅箅娏鳟a(chǎn)生的焦耳熱反復(fù)作用于導(dǎo)線外絕緣，使絕緣加速老化、壽命降低。 　　②大電流產(chǎn)生的機(jī)械力使導(dǎo)線相互摩擦，降低絕緣壽命。 　?、鄹邏洪_關(guān)合閘時(shí)觸頭的抖動(dòng)現(xiàn)象會(huì)在電機(jī)定子繞組上產(chǎn)生操作過電壓。 　　3. 電動(dòng)力對(duì)電機(jī)的傷害 　　大電流在電機(jī)定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生很大的沖擊力，會(huì)造成夾緊松動(dòng)、線圈變形、鼠籠條斷裂等故障。 　　4.對(duì)機(jī)械設(shè)備的傷害 　　全壓直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，這么大的力矩突然加在靜止的機(jī)械設(shè)備上，會(huì)加速齒輪磨損甚至打齒、加速皮帶磨損甚至拉斷皮帶、加速風(fēng)葉疲勞甚至折斷風(fēng)葉等等。 　　當(dāng)采用減壓起動(dòng)時(shí)，上述危害只有一定程度的降低;當(dāng)采用軟起動(dòng)時(shí)，上述危害幾乎完全消失;獨(dú)立變壓器供電方式直接起動(dòng)只能在電網(wǎng)電壓波動(dòng)方面有所緩解，而其它方面的危害都照樣存在。 　　超大型電動(dòng)機(jī)的價(jià)值都很高，在生產(chǎn)中也都起著核心作用。它的一點(diǎn)故障便會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)它采用完善的保護(hù)是非常必要的。 三、幾種起動(dòng)方法之比較 　?、?自耦變壓器減壓起動(dòng) 　　I.起動(dòng)時(shí)電機(jī)接于自藕變壓器低壓側(cè)。因此自藕變一次電流較小，能在一定程度上減小線路壓降，減小對(duì)其它設(shè)備的影響。 　　但存在如下缺點(diǎn)： 　?、?沖擊方面：在起動(dòng)過程中，電壓有2～3次切換，所以轉(zhuǎn)矩會(huì)有2～3次突變，這對(duì)較精密的機(jī)械設(shè)備是非常不利的;在電氣方面，如果自藕變變比較高對(duì)電網(wǎng)的沖擊也較大。 　?、?可靠性方面：在切換時(shí)由于電流還比較大，因而在自耦變壓器繞組上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，有時(shí)會(huì)傷及繞組絕緣，降低使用壽命。 　　這種方法常在10000～20000kW電機(jī)上用，電機(jī)再大時(shí)已很少應(yīng)用。 　　II.降補(bǔ)式減壓起動(dòng) 　　所謂降補(bǔ)減壓起動(dòng)方式就是傳統(tǒng)的自藕變壓器減壓起動(dòng)，并在自藕變壓器的二次側(cè)增加了輸出容性電流的高壓電力電容器，它是為了解決小容量電網(wǎng)起動(dòng)較大電機(jī)的情況，使電機(jī)起動(dòng)時(shí)的感性電流較少地流入電網(wǎng)。但是該方法并不能減少電機(jī)本身的起動(dòng)電流，起動(dòng)電流對(duì)電機(jī)及負(fù)載的沖擊依然很大（比如在某例中，電機(jī)回路的起動(dòng)電流為4.8Ie）。 　　采用電容器來減小流入電網(wǎng)的感性電流是眾所周知的方法，用于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)還存在下述幾個(gè)筆者所擔(dān)心的問題： 　?、匐姍C(jī)起動(dòng)時(shí)電流突變中的高次諧波會(huì)影響電容器的壽命。 　　②電容器合閘時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的涌流，致使這種方法不適于頻繁起動(dòng)。 　?、燮饎?dòng)過程中如因事故跳閘，則可能發(fā)生電機(jī)振蕩現(xiàn)象，嚴(yán)重危及機(jī)械設(shè)備的安全。 　?、墚?dāng)電機(jī)起動(dòng)接近結(jié)束時(shí)電流會(huì)下降，此時(shí)要及時(shí)切除電容器，否則會(huì)有過補(bǔ)償發(fā)生，這樣會(huì)使電壓波動(dòng)率大大增加。 　　2. 獨(dú)立變壓器供電直接全壓起動(dòng)（T-D組） 　　該方法本質(zhì)上就是直接全壓起動(dòng)。只是用一個(gè)高阻抗的變壓器來隔離對(duì)其它用電設(shè)備的影響，同時(shí)利用變壓器的高阻抗降低線路及起動(dòng)回路的電流。而對(duì)電機(jī)、對(duì)機(jī)械設(shè)備的危害依然存在。另外，與共用電網(wǎng)的情況相比，要增加相當(dāng)可觀的電能損耗。 　　以20000kW/10kV電機(jī)為例，當(dāng)采用獨(dú)立變壓器供電方式時(shí)，一次系統(tǒng)一般如圖1所示： 　　T1為三繞組主變。10kV繞組給其它負(fù)荷供電;35kV繞組給T2-D供電。D的容量一般在T2容量的0.6左右。 [align=center] 圖1[/align] 　　如果電機(jī)D與其它負(fù)荷共網(wǎng)運(yùn)行，則一次系統(tǒng)如圖2所示。主變 選擇雙繞組變壓器即可。 [align=center] 圖2[/align] 　　從三相油浸式電力變壓器國家標(biāo)準(zhǔn)上可以查到如下數(shù)據(jù)： 　　比較圖1和圖2可見，T-D組起動(dòng)方式較共網(wǎng)方式耗損增加主要由兩部分組成：① 主變的損耗差異。② T2的功率損耗。T2的功率損耗主要由鐵損和銅損構(gòu)成。由于不滿負(fù)荷，故銅損較滿負(fù)荷時(shí)小些，銅損與電流的平方成正比，此時(shí)的銅損相當(dāng)于滿負(fù)荷的。我們假設(shè)滿負(fù)荷時(shí)的鐵損等于銅損，則可得出如下的多耗能計(jì)算：大電機(jī)一般都是連續(xù)工作制，假設(shè)按0.5元/kWh計(jì)算，則每年多耗電費(fèi)（萬元） 　　即由于采用獨(dú)立變壓器供電方式，每年多耗電116萬度，多花電費(fèi)58萬元。如果考慮到共網(wǎng)運(yùn)行時(shí)少用一個(gè)變壓器T2，在基建投資中又可節(jié)約一筆費(fèi)用，其經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)可觀的。 　　3. 采用靜止變頻器方式 　　用靜止變頻裝置做軟起動(dòng)，其性能是當(dāng)前軟起動(dòng)方式中最好的：輸出較大的動(dòng)力矩大、額定電流內(nèi)起動(dòng)、機(jī)械設(shè)備平滑無沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)。但是靜止變頻技術(shù)尚處于發(fā)展階段，器件的開關(guān)損耗還比較大，變頻裝置的可靠性還不是很高。常常會(huì)出現(xiàn)意想不到的故障。控制技術(shù)也相當(dāng)復(fù)雜，一般技術(shù)工人很難應(yīng)對(duì)，要有專業(yè)管理及維護(hù)人員。起動(dòng)時(shí)間較長，特別在抽水蓄能機(jī)組應(yīng)用時(shí)，起動(dòng)時(shí)間甚至可達(dá)3～5分鐘，這對(duì)需要調(diào)峰填谷的蓄能電站作出快速響應(yīng)是非常不利的。 　　大容量靜止變頻裝置當(dāng)前國內(nèi)還不能生產(chǎn)，主要要依靠進(jìn)口，關(guān)鍵技術(shù)被國外少數(shù)幾家公司所壟斷，且其價(jià)格十分昂貴。另外運(yùn)行后的維修服務(wù)費(fèi)用也非常高。 　　4. 開關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)裝置 　　開關(guān)變壓器軟起動(dòng)裝置是近年來出現(xiàn)的另一種利用晶閘管的開關(guān)特性連續(xù)調(diào)節(jié)變壓器的輸出電壓、從而實(shí)現(xiàn)高壓電機(jī)軟起動(dòng)的裝置。是對(duì)可控硅串聯(lián)式軟起動(dòng)裝置的改進(jìn)，它用開關(guān)變壓器（TK）的高壓繞組來代替可控硅串，而把可控硅放在開關(guān)變壓器的低壓側(cè)（如圖3所示）這樣可控硅不需要串聯(lián)，可靠性大大提高;且由于開關(guān)變壓器漏抗的濾波作用，加到電源上的諧波大大減少。其它方面：電壓電流可全范圍調(diào)節(jié);可輸出任意波形;可構(gòu)成閉環(huán)控制，時(shí)間常數(shù)小、反應(yīng)迅速;電動(dòng)機(jī)功率增加時(shí)只要增加功率器件的容量即可;且起動(dòng)過程中損耗很小，可連續(xù)起動(dòng);由于是純調(diào)壓軟起動(dòng)，故一拖多時(shí)電動(dòng)機(jī)的容量可以相差很遠(yuǎn)。這一切使開關(guān)變壓器式高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置成為當(dāng)前性/價(jià)比最高的高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置。 　　只要主電路功率元件的容量選擇合適，開關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)裝置可用來起動(dòng)任意大容量的電動(dòng)機(jī)。 [align=center] 圖3[/align] 　　運(yùn)用開關(guān)變壓器技術(shù)，可以對(duì)任意大容量的電動(dòng)機(jī)實(shí)施軟起動(dòng)。比如當(dāng)前抽水蓄能電站的單機(jī)容量達(dá)30萬kW，當(dāng)它做水泵應(yīng)用時(shí)就要軟起動(dòng)。當(dāng)前都是采用靜止變頻軟起，高次諧波這個(gè)隱形殺手會(huì)影響電機(jī)的使用壽命。如果使用開關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)裝置則可以有效地解決這個(gè)問題。 四、開關(guān)變壓器軟起動(dòng)裝置在某大型石化企業(yè)催化裂化裝置中的應(yīng)用 　　1. 12000kW高壓電機(jī)及負(fù)載相關(guān)參數(shù)： 　　電機(jī)：額定功率12000kW，額定電流1322A，額定電壓6kV。（佳木斯電機(jī)廠生產(chǎn)） 　　風(fēng)機(jī)：AV-50系列軸流壓縮機(jī)。（陜西鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司） 　　電網(wǎng):變壓器—電動(dòng)機(jī)組供電方式,20000kVA變壓器,電壓等級(jí)為35kV/6kV 　　2.起動(dòng)情況 　　2007年4月11日上午10：05分光軸起動(dòng)12000kw電機(jī)，最大起動(dòng)電流3000A（為額定的2.27倍）、起動(dòng)時(shí)間10.4秒、6kV母線電壓降15%。起動(dòng)曲線如圖4所示： [align=center] 圖4[/align] 　　2007年4月16日，輕載起動(dòng)負(fù)載靜葉開度為22度，最大起動(dòng)電流為2850A（為額定的2.16倍），起動(dòng)時(shí)間為40s, 6kV母線電網(wǎng)最大壓降為25%，起動(dòng)曲線如圖5所示： [align=center] 圖5[/align] 　　該裝置的成功運(yùn)行標(biāo)志著具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代超大容量軟起動(dòng)裝置的誕生，從此我們國人有了自己的超大容量電機(jī)的軟起動(dòng)器。 五、結(jié)語 　　超大型高壓電動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴，在各行業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行中起核心作用，對(duì)它進(jìn)行多方呵護(hù)是非常必要的。軟起動(dòng)裝置雖然工作時(shí)間短，但其重要成都不容忽視，應(yīng)該引起電氣技術(shù)工作人員及管理人員的高度重視。從電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的角度看，使用軟起動(dòng)可以取消獨(dú)立供電變壓器，具有很顯著的節(jié)能效果，在國人大理倡導(dǎo)節(jié)能減排的今天具有很實(shí)際的現(xiàn)實(shí)意義。 　　超大型高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置屬于重大技術(shù)裝備產(chǎn)品。目前還主要依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴，開關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)裝置技術(shù)性能先進(jìn)、可靠性高、價(jià)格低廉，給我們超大容量電機(jī)軟起動(dòng)方式的選擇提供了一個(gè)嶄新的途徑。 參考文獻(xiàn)： 　　[1] 張巖 王歡 , 從電力電子技術(shù)看中壓電機(jī)的軟起動(dòng)，控制與傳動(dòng)，2005.3 　　[2]　孫樹樸 電力電子技術(shù),中國礦業(yè)大學(xué)出版社2000 年7月 P37-38 　　[3] 吳大榕,電機(jī)學(xué) , 電力工業(yè)出版社，1978年。 　　[4] 周希章、周全 ,電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)制動(dòng)和調(diào)速,機(jī)械工業(yè)出版社，2001年 　　[5] [英]M.G.SAY著.錢慶鑣等譯, 交流電機(jī),中國計(jì)量出版社，2000年 　　[6] 楊芳春主編 ,電機(jī)與傳動(dòng),煤炭工業(yè)出版社，1995年 　　[7] 馮欣南編 , 電機(jī)學(xué), 機(jī)械工業(yè)出版社，1985年