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(yīng)的計算校驗。

　　關(guān)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(wǎng)容量，電動機和生產(chǎn)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(yīng)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(wǎng)和其它拖動設(shè)備的安全運行帶來很大影響，因此需要進行認(rèn)真的比較和分析計算，以確定經(jīng)濟合理，運行可靠，技術(shù)先進的配電方案。以下就嶺澳核電站空壓機配電的工程實例談?wù)劥笕萘侩妱訖C的配電特點，起動條件及相應(yīng)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(tǒng)由三臺空壓機組成，主要向核島和常規(guī)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(cè)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(shè)備無特殊的動熱穩(wěn)定要求，但根據(jù)規(guī)程，電動機起動時母線電壓不應(yīng)低于額定電壓的85%.根據(jù)以上技術(shù)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(yīng)設(shè)供電系統(tǒng)是無限大容量電源，采用標(biāo)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(zhuǎn)矩要求和電動機及工藝設(shè)備的動熱穩(wěn)定要求。電動機和工藝設(shè)備應(yīng)能承受全壓起動時的沖擊，即能滿足電動機和工藝設(shè)備的動穩(wěn)定要求。對于某些電動機在全壓起動時還需滿足制造廠規(guī)定的熱穩(wěn)定要求。

　　2、大型電動機起動時，其端電壓應(yīng)能保證被拖動機械要求的起動轉(zhuǎn)矩，且在配電系統(tǒng)中引起的電壓下降不應(yīng)妨礙其它用電設(shè)備的工作。按照國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)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(yīng)低于額定電壓的85%，對于經(jīng)常起動的電動機，不應(yīng)低于額定電壓的90%. 3、起動計算（1）阻抗計算設(shè)供電系統(tǒng)是無限大容量電源，采用標(biāo)幺值計算，用系統(tǒng)阻抗（X*xt）計算起動壓降時，應(yīng)按引起壓降最大的情況，即系統(tǒng)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(zhǔn)電壓（kV）；c.母線上其它負(fù)荷電抗（X*fh）；X*fh=Sj/Sfh式中：Sj——基準(zhǔn)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(zhǔn)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(shù)；Sed—電動機額定容量。

　　（2）起動參數(shù)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(tǒng)的總阻抗   ∑X*=X*+X*l1+X*xt系統(tǒng)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(fù)荷阻抗分流計算，即I*d=I*q × X*fh/（X*fh+X*q）

　　母線電壓標(biāo)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(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范》（GB50062-92），關(guān)于3kV及以上電動機的保護，要求設(shè)置電流速斷保護、差動保護、過負(fù)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(shù)保護。本例主要考慮差動保護、電流速斷保護、過負(fù)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(shù)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(shù)：Km=Ik2.min/Idz≥2.（3）過負(fù)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(dāng)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(fā)生單相接地故障時最小靈敏系數(shù)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(jié)果如下：1、元件阻抗標(biāo)幺值（1）系統(tǒng)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(zhǔn)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(lián)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(fù)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(lián)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(shù)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(tǒng)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(cè)短路時，當(dāng)系統(tǒng)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(dāng)系統(tǒng)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(shù)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(dāng)Idzj取6.0A時，Idz=Idzj× n1/Kjx=6.0x10/1=0.06kA保護裝置的靈敏系數(shù)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(shù)為Km=I"dlk2min/Idz=9.341/0.05=187>2（4）過負(fù)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(fù)荷電流值進行整定。

　�。�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(shù)要求。

　　三、 結(jié)束語

　　綜上所述，大型空壓電機的配電考慮因素較多，應(yīng)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(wǎng)容量，電動機和生產(chǎn)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(yīng)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(guī)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(shè)計手冊》（第2版）水利電力出版社。

　　2.《發(fā)電廠電氣部分》電力工業(yè)出版社。

　　3.《嶺澳核電站空氣壓縮系統(tǒng)手冊》