摘 要:本文通過(guò)介紹嶺澳核電站大型空壓機的配電特點(diǎn)，驗證大容量電機起動(dòng)需滿(mǎn)足的條件，并明確所需滿(mǎn)足的繼電保護要求及相應的計算校驗。

　　關(guān)鍵詞：電動(dòng)機 元件阻抗起動(dòng)條件 繼電保護

　　一、 前言大容量電動(dòng)機通常是指電功率在幾百甚至上千千瓦的電動(dòng)機。其配電裝置采用3 kV∽10kV電壓等級，在電網(wǎng)容量，電動(dòng)機和生產(chǎn)工藝許可的情況下，盡量采用全電壓直接起動(dòng)的方式，同時(shí)還要有相應的繼電保護裝置確保其正常運行。大型電動(dòng)機的運行將會(huì )給電網(wǎng)和其它拖動(dòng)設備的安全運行帶來(lái)很大影響，因此需要進(jìn)行認真的比較和分析計算，以確定經(jīng)濟合理，運行可靠，技術(shù)先進(jìn)的配電方案。以下就嶺澳核電站空壓機配電的工程實(shí)例談?wù)劥笕萘侩妱?dòng)機的配電特點(diǎn)，起動(dòng)條件及相應的計算驗證。

　　二、 工程實(shí)例（一）實(shí)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�？諌簷C由英國ATLAS公司進(jìn)口，其電動(dòng)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(chǎng)共用的6.6kV配電盤(pán)，選用3x3（ZR-YJV-10-1x400）中壓鎧裝電纜約9x550米至核島電氣廠(chǎng)房6.6kV配電盤(pán)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(dòng)機和工藝設備無(wú)特殊的動(dòng)熱穩定要求，但根據規程，電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)母線(xiàn)電壓不應低于額定電壓的85%.根據以上技術(shù)條件，為確定電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)的電壓電流是否滿(mǎn)足起動(dòng)要求需進(jìn)行起動(dòng)計算，然后校驗電動(dòng)機的繼電保護要求。計算條件應設供電系統是無(wú)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(dòng)機起動(dòng)時(shí)，需要滿(mǎn)足起動(dòng)母線(xiàn)電壓波動(dòng)、電動(dòng)機起動(dòng)轉矩要求和電動(dòng)機及工藝設備的動(dòng)熱穩定要求。電動(dòng)機和工藝設備應能承受全壓起動(dòng)時(shí)的沖擊，即能滿(mǎn)足電動(dòng)機和工藝設備的動(dòng)穩定要求。對于某些電動(dòng)機在全壓起動(dòng)時(shí)還需滿(mǎn)足制造廠(chǎng)規定的熱穩定要求。

　　2、大型電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)，其端電壓應能保證被拖動(dòng)機械要求的起動(dòng)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(zhì)量。電壓允許撥動(dòng)和閃變》（GB 12326-93）的要求，一般情況下，電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)配電母線(xiàn)上的電壓不應低于額定電壓的85%，對于經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機，不應低于額定電壓的90%. 3、起動(dòng)計算（1）阻抗計算設供電系統是無(wú)限大容量電源，采用標幺值計算，用系統阻抗（X*xt）計算起動(dòng)壓降時(shí)，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(xiàn)路阻抗（X*l1）

　　X*l1=X×Sj/Uj2式中：X——每相線(xiàn)路電抗（Ω）；Uj——線(xiàn)路基準電壓（kV）；c.母線(xiàn)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(xiàn)上其它容量計算值（MVA）；d.線(xiàn)路阻抗（X*l2）

　　X*l2=X×Sj/Uj2式中：X——每相線(xiàn)路電抗（Ω）；Uj——線(xiàn)路基準電壓（kV）；e.電動(dòng)機起動(dòng)阻抗（X*d）

　　X*d=1/Kq×Sj/Sed式中：Kq——電動(dòng)機全壓起動(dòng)電流倍數；Sed—電動(dòng)機額定容量。

　�。�2）起動(dòng)參數計算由圖1可知，電動(dòng)機回路阻抗     X*q=X*l2+X*d母線(xiàn)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(dòng)電流 I*q=1/∑X*電動(dòng)機回路起動(dòng)電流，由電動(dòng)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(xiàn)電壓標幺值 U*m=I*q×X*電動(dòng)機端電壓相對值（起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機端電壓/電動(dòng)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(dòng)裝置設計規范》（GB50062-92），關(guān)于3kV及以上電動(dòng)機的保護，要求設置電流速斷保護、差動(dòng)保護、過(guò)負荷保護、失壓保護、不平衡缺相保護、接地故障保護及起動(dòng)次數保護。本例主要考慮差動(dòng)保護、電流速斷保護、過(guò)負荷保護、低電壓保護、接地保護。

　�。�1）差動(dòng)保護按躲過(guò)電動(dòng)機的最大不平衡電流計算保護裝置的動(dòng)作電流Idzj=（1.5∽2）Irm/n1 A；

　　按最小運行方式下，電動(dòng)機接線(xiàn)端兩相短路時(shí)，流過(guò)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(guò)電動(dòng)機的起動(dòng)電流，計算異步電動(dòng)機保護裝置的動(dòng)作電流：Idzj=KkKjxKqIrm/n1 A；按最小運行方式下，電動(dòng)機接線(xiàn)兩相短路時(shí)，流過(guò)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(guò)負荷保護按躲過(guò)電動(dòng)機的額定電流計算保護裝置的動(dòng)作電流：Idzj=KkKjxIrm/Khn1 A（4）低電壓保護當母線(xiàn)電壓下降至額定電壓的60%時(shí)，低電壓作用于跳閘。

　�。�5）接地保護按被保護元件發(fā)生單相接地故障時(shí)最小靈敏系數1.25整定保護裝置的一次動(dòng)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(xiàn)最小短路容量為150MVA，最大短路容量為330MVA.基準容量Sj=100MVA.

　　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(chǎng)給出，為X*b=0.09；（3）線(xiàn)路阻抗（X*l1）

　　本例中線(xiàn)路采用九根1x400mm2銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，電纜長(cháng)度為0.55kM，線(xiàn)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(xiàn)路阻抗相對于電動(dòng)機阻抗較小，可在以下計算中忽略。

　�。�4）電站該6.6kV母線(xiàn)上其它負荷為Sfh=10.5MVA，因此X*fh=Sj/Sfh=100/10.5=9.523（5）線(xiàn)路阻抗（X*l2）

　　本例中線(xiàn)路采用三根3 x 35mm2銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，電纜長(cháng)度為0.35km，線(xiàn)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(dòng)機起動(dòng)阻抗本例中電動(dòng)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(dòng)電流倍數為10倍，可X*d=1/Kq×Sj/Sed=（1/10x100）/0.882=11.34 2、起動(dòng)計算過(guò)程及分析電動(dòng)機回路阻抗X*q=X*l2+X*d=0.0329+11.34=11.37母線(xiàn)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(dòng)電流I*q=1/∑X*=1/5.96=0.168母線(xiàn)電壓U*m=I*qX*=0.168x5.182=0.871電動(dòng)機回路起動(dòng)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(dòng)機起動(dòng)時(shí)能滿(mǎn)足要求，即母線(xiàn)及電動(dòng)機端電壓均超過(guò)85%，因此可采取直接啟動(dòng)的方式。

　　3、繼電保護計算（1）電動(dòng)機側短路時(shí)，當系統取最小短路容量為150MVA時(shí)，d1點(diǎn)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(shí)，d1點(diǎn)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(dòng)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(xiàn)系數Kjx為1，因此可得保護裝置的動(dòng)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(shí)，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(dòng)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(guò)負荷保護保護裝置的動(dòng)作電流為Idzj=KkKjxIrm/Khn1=1.6x1x31/（0.85x10）=5.84A，按照此電流值對過(guò)負荷電流值進(jìn)行整定。

　�。�5）接地保護電網(wǎng)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(dòng)作電流為Idz=（Ic∑-Icm）/1.25=3.96/1.25=3.168A保護裝置的動(dòng)作電流3.168A滿(mǎn)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(yǔ)

　　綜上所述，大型空壓電機的配電考慮因素較多，應著(zhù)重考慮電機的工藝要求，起動(dòng)條件和繼電保護要求。在電網(wǎng)容量，電動(dòng)機和生產(chǎn)工藝許可的情況下，盡量采用全電壓直接起動(dòng)的方式，同時(shí)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(mǎn)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(yè)與民用配電設計手冊》（第2版）水利電力出版社。

　　2.《發(fā)電廠(chǎng)電氣部分》電力工業(yè)出版社。

　　3.《嶺澳核電站空氣壓縮系統手冊》