60HZ进口电机的使用和供电设计

【本文由PB创新网为您整理】【摘要】文章阐述了进口高压电机在国内电网上使用的设计原理和实施方法。
　　【关键词】60HZ进口高压电机；供电系统；设计改造
 
　　　
      90年代初期，一橡胶生产公司从北美进口了五台（二手）橡胶设备，其中有两台法雷尔生产的11D密炼机和一台寿力公司生产SL–32型的螺杆空压机。这三台设备的基本状况测试良好，根据公司生产需求，需要尽快安装投运创造效益；但使用这些设备存在一个很大的技术难题：这些设备的驱动装置是60Hz的五台高压电机，无法直接投入我国的50Hz电网。但是如果全部更换为国产50Hz、6KV电机和高压柜，需要增加近100万元费用。为了解决这一技术难题，技术人员针对进口设备的供电系统、开关装置、电机参数等进行了认真分析计算，决定采用变频原理，对该系统进行供电设计改造。　　
　　一、设计和改造
　　（一）设计依据
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     （2）高压起动柜。主回路三相交流电压为2300V；控制回路电源取至柜内高压PT二次侧，电压为交流120V。300马力以上的电机采用串联交流电抗器方式起动，200马力的电机采用直接起动方式（柜内高压空气断路器线圈电压为直流120V）。
      （3）供电系统。进口电机为三相60HZ、2400V交流供电系统；现公司为三相50HZ、35/10KV交流供电系统。　
      （４）负载特性。负载特性为恒转矩。
       （二）配电设计
      高压电机的原工作频率应为60HZ，现要工作在50HZ的电网上。为了保证电机的额定电流和功率因数基本不变，电机在变频前后的过载能力等基本性能不变，根据恒转矩负载变频调速原理可知，电机定子的电压与频率的调节必须符合下列规律。即：

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　　电机原来的配电电压为2400V，比电机实际的使用电压2300V高100V，这主要是考虑供电变压器的负载特性和线路压降。
      因此采用50HZ供电系统后，电网电压也应比电机实际使用电压略高。根据式（2）的计算公式可以求出50HZ时的电网电压为2000V。
      由于这五台二手高压电机起动柜的控制电源取至柜内高压PT二次侧，系统电压下调后，控制电压必然也随之下降。PT变比为20:1，当系统电压降到2000V时，控制电压降为100V。对于50HZ、100V的交流电源能否保证柜内电气元件可靠动作，我们通过试验的方法进行了考证，即采用调压器分别在90V、100V、110V电压值上做10次操作试验，并分别保持2小时，结果柜内电气元件动作都非常稳定，铁芯无异常声音，线圈温升正常。以上试验表明降压降频后，对起动柜运行不存在影响。
　　（三）变压器设计
      公司的高压系统电压为35/10KV，而计算出的五台二手高压电机系统电压为2000V，为了提供这一电压等级，必须设计一台10/2KV的变压器与之匹配。
      这五台二手高压电机的总容量为2500马力，其中最大电机容量为1000马力；采用降压降频后，电机总容量降为2083马力（1531KW），最大电机容量降为833马力（612.3KW）。因炼胶设备的载荷不很稳定，负载率偏低，一般仅为电机额定容量的75％左右，所以实际电机运行的总负载大约在1150KW左右。根据最大电机起动电流的要求，经与变压器生产厂家的共同论证，最终选定变压器容量为1600KVA。该变压器交付使用后的主要技术参数如表二：

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　　（四） 一、二次保护系统
      1600KVA的专用变压器一次侧取至公司总变电室的10KV电网514#间隔，配置过流、速断、瓦斯等保护；二次侧设计为安装一台总柜、两台出线柜，分别配置过流、速断保护。出线柜和起动柜之间用电缆连接，在每台起动柜上分别加装反时限过流继电器，用于单台电机的过流、速断保护。　　
　　二、改造后系统的情况
　　（一）变压器
      该变压器投运后，正常使用的负载范围在额定容量的70%－80%之间，当五台电机同时运行时，负载最高可达90%左右。由于变压器过流、速断保护值设定比较合适，各台电机起动或运行时均未造成变压器保护的掉闸故障。因此，变压器的设计比较合理，属于经济运行。
　　（二）电机
      采用降压降频后，两台大电机的运行电流基本与（60HZ时）额定值相符。而三台小电机，运行电流略高一点，但电机温升基本正常。如螺杆空压机一般运行电流在66～72A，（下转第175页）（上接第165页）而额定电流为68.5A。注意，由于电机使用频率降低为50HZ，电机转速下降了16.67%，设备效能也随之下降。
　　（三）电机起动柜
      电机起动柜投运一年来后，没有发生因降压降频造成的开关误动、拒动现象，线圈温升也在规定的范围之内。但因降频后电抗器的电抗值下降，对起动电流的抑制作用减小，因此需要调整电抗器的抽头，增大电抗值，保证电机起动正常。
　　采用变频原理对进口高压电机进行供电改造，解决了进口设备使用的重大技术难题，不仅确保了进口设备的顺利投运，也为公司节约了大量资金。     　
 
　　作者简介：冀俊茹（1969－），女，南京化工职业技术学院工程师，研究方向：电气技术，电气教学。