摘要：目前，大型高壓電機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，但由于電網(wǎng)容量的限制，大型電機(jī)無(wú)法直接啟動(dòng)。自耦變壓器和電容器是最經(jīng)典、最常用的啟動(dòng)方式，但因電網(wǎng)和投資的限制，應(yīng)利用自耦變壓器與電容器組合的啟動(dòng)方式，有效拓寬自耦變壓器啟動(dòng)裝置的應(yīng)用范圍。文章通過(guò)工程實(shí)例來(lái)說(shuō)明自耦變壓器和電容組合啟動(dòng)方式的實(shí)際應(yīng)用效果及前景。

關(guān)鍵詞：大型高壓電機(jī)；軟啟動(dòng)裝置；自耦變壓器；電容器；無(wú)功功率 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM411 文章編號(hào)：1009-2374（2015）27-0080-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.042

自耦變壓器由于具有最簡(jiǎn)單、最可靠、最經(jīng)濟(jì)的特性，成為大型高壓電機(jī)啟動(dòng)方式的首選。但是在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)遇到較苛刻的電網(wǎng)條件，使得單一的自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)遇到困難。在這種情況下以往只能選擇變頻軟啟動(dòng)裝置解決，而變頻器軟啟動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)困難、造價(jià)很高，且對(duì)于不調(diào)速電機(jī)變頻器的作用并不能充分發(fā)揮，浪費(fèi)嚴(yán)重。電機(jī)異步啟動(dòng)過(guò)程中需要從電網(wǎng)獲取大量的無(wú)功，如果啟動(dòng)時(shí)能額外提供給電機(jī)無(wú)功功率，使其減少?gòu)碾娋W(wǎng)上吸收無(wú)功功率，從而減小對(duì)電網(wǎng)的影響，滿足啟動(dòng)要求。而電容器的特性就是為電網(wǎng)提供無(wú)功功率，只要將電機(jī)、自耦變壓器與電容器組合匹配，就能較好地實(shí)現(xiàn)苛刻電網(wǎng)條件下的電機(jī)啟動(dòng)。

1 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)方式

自耦變壓器一直以來(lái)是最廣泛的大型高壓電機(jī)啟動(dòng)裝置之一。啟動(dòng)時(shí)，首先自耦變星點(diǎn)斷路器3QF合閘，使自耦變接線完整。然后電機(jī)運(yùn)行柜斷路器1QF合閘，電機(jī)得電啟動(dòng)。當(dāng)電機(jī)電流下降到一定值時(shí)，開(kāi)始投全壓，同時(shí)旁路自耦變壓器步驟。首先3QF斷路器分閘，自耦變壓器星點(diǎn)打開(kāi)，隨即2QF斷路器合閘，啟動(dòng)完成。在投全壓前，自耦變壓器星點(diǎn)必須先打開(kāi)，此時(shí)自耦變壓器有一部分繞組以電抗器形勢(shì)串入電機(jī)啟動(dòng)回路，到2QF斷路器合閘，自耦變被旁路這段短短時(shí)間內(nèi)，該部分繞組將承受很大的電流及電動(dòng)力，是自耦變?cè)O(shè)計(jì)時(shí)必須重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

2 自耦變壓器加電容器啟動(dòng)方式

自耦變壓器加電容器的啟動(dòng)方式有兩種接線方式：電容器加在母線側(cè)，即補(bǔ)償電容器直接加在母線上，在自耦變壓器一次側(cè)，電機(jī)回路為傳統(tǒng)的自耦變壓器啟動(dòng)接線方式；電容器加在電機(jī)側(cè)，即電容器與電機(jī)并聯(lián)，加在自耦變壓器的二次側(cè)。兩種方式各有優(yōu)劣。

2.1 電容加在母線側(cè)

電容加在母線側(cè)的接線方式如圖1所示：電容器與電機(jī)啟動(dòng)回路分開(kāi)，當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，4QF斷路器首先合閘，將電容器投入，然后再按照常規(guī)啟動(dòng)自耦變壓器啟動(dòng)方式投切開(kāi)關(guān)啟動(dòng)電機(jī)。電容器可在啟動(dòng)過(guò)程中初步切除（當(dāng)有多組電容器并聯(lián)時(shí)），也可在啟動(dòng)完成后切除。

該接線方式的優(yōu)點(diǎn)：電容器與電機(jī)回路獨(dú)立，直接掛在母線下，在特殊情況下可作為系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置使用，用于提升系統(tǒng)的功率因數(shù)；旁路柜電纜接線少，便于接線施工。

該接線方式的缺點(diǎn)：由于啟動(dòng)大型電機(jī)前一般在有條件的情況下會(huì)上調(diào)母線電壓，而該接線方式下電容器會(huì)先投入電網(wǎng)運(yùn)行，將會(huì)進(jìn)一步提高電網(wǎng)電壓，有時(shí)甚至?xí)^(guò)110%額定電壓，給系統(tǒng)造成一定危害；由于電容器先投后切容易發(fā)生過(guò)電壓，使得對(duì)電容器本身的要求會(huì)更高。

2.2 電容加在電機(jī)側(cè)

電容加在電機(jī)側(cè)的接線方式如圖2所示：電容器與電機(jī)并聯(lián)接在自耦變壓器的副邊，啟動(dòng)前先合4QF斷路器，將電容與電機(jī)并聯(lián)，而不需要先投入電網(wǎng)。啟動(dòng)時(shí)其余斷路器動(dòng)作順序與常規(guī)自耦變壓器啟動(dòng)方式一致。在啟動(dòng)過(guò)程中可根據(jù)電機(jī)電流或母線電壓情況逐步切除電容器。在啟動(dòng)過(guò)程中電容與電機(jī)可視為一個(gè)系統(tǒng)，電機(jī)啟動(dòng)所需的一部分無(wú)功直接從電容吸收，不需要經(jīng)過(guò)母線及自耦變壓器，等效于電機(jī)的啟動(dòng)容量減小。

該接線方式的優(yōu)點(diǎn)：電容不需要提前投入電網(wǎng)，因此啟動(dòng)前不會(huì)產(chǎn)生補(bǔ)償電容將母線電壓抬高的情況；電容、電機(jī)并聯(lián)同時(shí)投入，等效電機(jī)啟動(dòng)容量減小，減小對(duì)自耦變壓器及電網(wǎng)沖擊；由于不會(huì)產(chǎn)生額外高電壓，電容器不會(huì)發(fā)生過(guò)壓，對(duì)電容器要求相對(duì)較低。

該接線方式的缺點(diǎn)：旁路柜除自耦變壓器抽頭、電機(jī)外，還需要連接電容器，使得電纜室電纜較多，對(duì)安裝會(huì)超成一定影響。

除同步機(jī)外，大型異步電機(jī)的功率因數(shù)普遍較高，且實(shí)際應(yīng)用中啟動(dòng)時(shí)需補(bǔ)償?shù)碾娙萘窟h(yuǎn)大于系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償所需的電容量，因此電容器掛電機(jī)側(cè)的接線方式更適合大型高壓電機(jī)的啟動(dòng)。

3 應(yīng)用實(shí)例

張家港永鋼集團(tuán)配套6萬(wàn)空分（下稱項(xiàng)目A）與張家港沙鋼集團(tuán)配套6萬(wàn)空分（下稱項(xiàng)目B）空壓機(jī)均使用同一型號(hào)ABB公司28000kW同步電機(jī)作為主要驅(qū)動(dòng)力，且兩個(gè)項(xiàng)目均使用63000kVA供電。項(xiàng)目A電機(jī)采用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)，項(xiàng)目B電機(jī)采用自耦變壓器加電容器

啟動(dòng)。

項(xiàng)目A使用110/10.5-63000kVA主變帶動(dòng)28000kW電機(jī)，10kV側(cè)短路容量為390MVA。一次回路如圖3所示。根據(jù)基本公式，及變壓器阻抗折算公式，計(jì)算系統(tǒng)各部分等效阻抗，從而可以計(jì)算出電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電網(wǎng)壓降。按母線電壓10kV，自耦變壓器80%中間抽頭計(jì)算，母線電壓將降至約8.4kV為84%額定電壓，壓降16%；啟動(dòng)前上調(diào)母線電壓至10.75kV，啟動(dòng)瞬間母線電壓降至8.57kV，為額定電壓85.7%，母線側(cè)電流3832A，其壓降達(dá)到了20.3%。

項(xiàng)目B分別使用兩臺(tái)35/10.5-63000kVA主變各帶動(dòng)一臺(tái)28000kW電機(jī)，35kV側(cè)最大短路電流為27.5kA。經(jīng)計(jì)算10kV母線短路容量與項(xiàng)目A相近，采用自耦變壓器80%抽頭計(jì)算，啟動(dòng)壓降也與項(xiàng)目A相近。結(jié)合項(xiàng)目電機(jī)啟動(dòng)數(shù)據(jù)，用自耦變壓器啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)沖擊過(guò)大。

為減小沖擊，并降低投資成本，在比較變頻軟啟動(dòng)、晶閘管軟啟動(dòng)等后，項(xiàng)目B決定采用自耦變壓器加電容啟動(dòng)方式，分組補(bǔ)償電容15MVAR。兩臺(tái)28MW電機(jī)采用自耦變壓器加電容器一拖二啟動(dòng)方式，一次回路如圖4所示：

啟動(dòng)前母線電壓上調(diào)至10.5kV，80%自耦變壓器抽頭。啟動(dòng)瞬間母線電壓降至9.1kV到91%額定電壓，壓降13.3%。啟動(dòng)沖擊明顯減小，啟動(dòng)性能改善明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

在電網(wǎng)條件較苛刻的應(yīng)用環(huán)境中，在電網(wǎng)側(cè)增加補(bǔ)償電容器的可以有效地改善了自耦變壓器的啟動(dòng)特性，同時(shí)也大大減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊，并且具有簡(jiǎn)單、可靠、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。自耦變壓器配上相應(yīng)的補(bǔ)償電容器，能較好地啟動(dòng)大型電機(jī)，可有效地取代部分變頻器軟啟動(dòng)，大大降低投資成本，并減少設(shè)備維護(hù)量，有著巨大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

作者簡(jiǎn)介：孫彬（1978-），男，浙江杭州人，浙江外企德科人力資源服務(wù)有限公司工程師，研究方向：空分裝置的配電設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）