浅析大电机启动对厂用电的影响

浅析大电机启动对厂用电的影响

李香洲

江苏省冶金设计院有限公司   江苏省南京市  210012

摘要：厂用电系统中大功率电动机的启动时, 一方面母线电压在电机启动后的第一周波内将产生一个可以达到额定值的几倍冲击;另一方面电机启动后, 母线电压将有一个明显的降低过程。对大型火力发电厂厂用电系统中大电机启动对母线电压影响进行了模拟和仿真, 并给出了图形化的结果。以实例分析现场安装调试过程中异步发电机空载启动及并列启动情况，根据对厂用电系统影响，并提出相应措施。

关键词：启动电压；模拟；厂用电 

一、仿真模型

在Matlab 中简化的发电机模型电气部分采用了状态空间方程组, 没有考虑q 轴阻尼绕组的电磁暂态过程。其机械系统的方程为:

1、模块的参数。发电机额定容量:829 MVA ;功率因数:0.9 ;额定功率:746 MW ;额定电压:22 kV ;额定频率:50Hz ;直流电阻:定子绕组Ao =0. 000 765 3 Ψ, Bo =0. 000 751 3 Ψ, Co =0. 000 751 5 Ψ;转子绕组0. 046 75 Ψ。

2、三线圈变压器参数。额定容量:25 MVA ;额定变比:22 kV /6. 3 kV ;短路电抗:H-X =9. 34 %, H-Y =8. 72 %, X-Y =23. 39 %;接线组别:Dy ny n1 。

3、主变压器参数。主变额定容量:270 MVA ;额定变比:242 kV /22 kV ;短路电抗:A =15. 41 %, B =15. 11 %, C =15. 07 %;接线组别:YNd11 ;6 kV 电动给水泵:额定功率4 847 kW 、额定电流533 A 、功率因数0. 9 、额定转速1 489 r /min 、极数4 、直流电阻:Rw 1w 2 =30. 94 mΨ,Rv 1v2 =30. 93 mΨ, Ru1u2 =30. 95 mΨ;绝缘电阻UVW-E =1 500 mΨ。

二、异步机启动实例参数

一般异步机连接高压厂用变压器(以下简称高厂变)低压侧工作段母线，在供热期间，工作段及供热段负载由高厂变与异步机同时供电，应避免异步机经高厂变倒送电。所以在综合分析高厂变容量、短路电流、分支负荷等因素后，可确定所选择异步机容量。某电厂新增供热首站，高压系统接线方式如图所示。

高厂变额定容量为50000kVA／31 500kVA，额定电压为20 kV／6．3 kV，短路阻抗为16．4％，接线方式为Dynl—ynl，工作ⅣA段现有负荷约26 000 kVA。异步机额定功率为6000kW，额定电流为595 A，额定电压为6 300 V，额定转速为3 006 r／min：异步机机端与中性点电流互感器变比1000／1，额定二次电流L=0.595 A。主要保护定值配置按照《WDZ一5200系列保护测控装置》设置，差动速断电流铒，最小动作电流0．3／e，比率制动系数0．5，速断电流高值6．25 A／0 S，速断电流低值4．47 A／0．06 S。以1号异步机启动过程中异步机保护装置及发变组故障录波器录波数据为例，分析异步机空载启动及并列启动过程中对厂用电系统的影响。

空载启动在异步机安装调试完毕后。为验证设备性能及转向须对异步机进行空载启动试验，即将异步机作为电动机启动，一般有2种方式，即直接启动和降压启动。直接启动方式通过直接闭合发电机出口开关，使发电机转速从0增至3 000 r／min。启动电流一般为5～7倍的额定电流，存在电流衰减时间较长，厂用电压降较大的问题，但直接启动方式具有启动直接简单的显著优点。下面以直接启动为例，介绍空载启动对厂用系统的影响。

1、异步机电流变化情况。空载启动电流变化情况。1号异步机空载启动瞬间，二次电流最大值可达4400A(约为额定电流的7倍)；大约经3 S，运行电流降至额定电流以下，最终空载运行电流为0．16A。

2、VA高厂变低压侧A、B分支电压、电流变化情况ⅣA高厂变低压侧A、B分支电压、电流变化情况可由发电机变压器组故障录波记录，如表1所示。异步机空载启动瞬间，6 kV工作段ⅣA段母线二次相电压(二次额定相电压为57．74 V)由60．8 V(一次相电压值6 300 V。1．05倍额定电压)跌落至52．5 V(一次值5 450 V，0．91倍额定电压)。ⅣA高厂变低压侧A分支二次电流瞬间由1．43 A升至5．70 A，增加幅度为4．17 A，电流互感器变比4 000／5。折算成一次值为3 360 A。查阅电厂定值手册，高厂变低压侧A分支后备保护过流一段定值为22．7 A／0．6 S，过流二段定值为16．84 A／1．3 S，所以空载启动时对厂用系统无影响。6 kV工作段ⅣB段母线二次电压略有轻微上升，二次相电压瞬间由60．1 V升至60．5 V：IVA高厂变低压侧B分支二次电流基本无变化。

3、发电机出口电压变化情况。发电机出口三相电压变化情况1号异步机空载启动瞬间，主机发电机出口三相电压几乎没有变化，发电机出口二次相电压由57．81 V变为57．47 V。电压降落0．34 V(折算一次值为11．78 V)。综合分析以上数据。1号异步机空载启动过程中。ⅣA段厂用电系统母线电压最大跌落至5 400 V左右，1号异步机空载最大电流为4 400 A左右，电压降落值高于理论计算值。但满足规程大于80％的要求‘41；发电机启动从暂态到稳态持续时间大约在3～4 S。另外，启动过程中发电机出口电压、ⅣB段厂用电系统电压、电流均未受到影响。

4、并列启动。异步机并网前，首先用小汽机带动异步机进行冲转，等到转子转速凡接近3 000 r／min时，合上高压段并网开关，此时由于转差率s

5、发电机出口电压变化情况。发电机出口三相电压变化1号异步机并列瞬间，发电机出口三相电压几乎没有变化，4号发电机出口二次电压由57．79 V变为57．51 V。1号异步机并列时．ⅣA段厂用电系统母线电压最大跌落至5 560V，1号异步机并列时最大启动电流可达4000A，电压降落值高于理论计算值，但满足规程大于80％的要求：发电机启动从暂态到稳态持续时间约450 ms。另外，启动过程中4号发电机出口电压、ⅣB段厂用电系统电压、电流均未受到影响。

参考文献：

[1] 张立．牟法海，刘辉．热电厂利用余热发电对厂用电系统的影响分析[J]．电气技术，2018，19(7)：53—57．

[2] 李楠．潘博闻，赵小禹．异步发电机的应用及启动过程的研究[J]．东北电力技术，2017(8)：15—17．