大容量电动机配电研究论文

摘要：针对配电网短路电流对系统安全稳定运行的影响，本文主要对含分布式光伏电源和感应电动机的配电网限流措施进行研究。考虑分布式光伏电源和感应电动机负荷，研究了加装普通串联电抗器、理想故障限流器、串联谐振型固态限流器和磁通约束型限流器对10kV配电网的限流效果，并通过搭建Matlab/Simulink仿真模型，对IEEE33节点系统进行仿真分析。今天小编为大家精心挑选了关于《大容量电动机配电研究论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

大容量电动机配电研究论文 篇1：

超大型电拖机组供配电系统的研究与应用

摘要：本文主要介绍了一些应用在透平压缩机组拖动系统中的大容量电动机供配电系统方案，重点针对两种常见的30MW电动机的方案进行了分析，随后结合设计及工程实践应用对这些技术方案的优缺点进行了综合分析。总结介绍了一种50MW以上拖动用超大型电动机的供配电系统方案。

关键词：电拖机组 供配电系统 一次方案

1 前言

随着现代工业的不断发展，10KV、6KV电压等级的大、中型容量电动机在我国各行各业都得到了广泛的市场应用。特别是在冶金、石化、矿山、风机等行业中更是不可或缺。由于高压电动机属于免维护产品，并且安装使用快捷方便。因此，近几年来它的应用领域不断扩大。

特别是近年来，随着国家政策的宏观调控，我国冶金市场对于高炉大型化的发展需求已渐显现。高炉的核心设备---鼓风机组的大型化趋势已越加明显。相对于汽拖机组的建设周期长、配套设备多、一次投资大等要求，大容量变频电拖机组具有广泛的市场应用前景。但是由于以前我国冶金市场的高炉大多属于中小型高炉，对于压缩机拖动用大容量高压电动机的应用实例较少。因此，国内目前可以借鉴的拖动案例不是很多。

而我公司一直致力于为用户提供压缩机组的系统解决方案，近几年来我公司承接了多台套30MW以上大容量拖动用高压电动机的供配电系统，目前设计的电动机功率最大达65MW，现场已成功投运的电动机最大功率为50MW。下面结合我公司这几年对电拖机组拖动方案中超大容量高压电动机供配电系统的研究情况及实际运行经验予以介绍，希望对读者有所启发。

2 早期容量30MW左右电拖机组变频一拖一启动供配电系统方案：

对于容量在30MW左右的电动机变频一拖一启动系统方案，早期的高压一次方案主要从系统的安全可靠性出发，较多的考虑高压电动机的短路电流对系统的影响问题。因此，高压开关设备及柜体的选型主要考虑设备长期的运行电流及短路电流的大小。而对于高压系统主电缆进、出线的接线问题等考虑的并不周全。

下面我们就结合早期的两个具体的案例来分析一下大容量电动机的高压一次方案，图1为某公司XXXXm3高炉鼓风机组30MW电动机的一拖一高压一次方案；图2为某公司XXXXm3高炉鼓风机组30MW电动机的一拖二高压一次方案。

我们从以上两个方案的配置中可以看出，这两个高压一次方案均满足了30MW左右机组的基本起动及控制要求。但是，高压主电缆的接线方式及现场电缆施工的难易水平并没有被充分的考虑到高压一次方案的设计中去。

在以上两个方案中均出现了在同一高压柜内或升、降压变压器的接线端子上重复压线的情况。这种情况不仅使得高压电缆很难接线，而且重复压线位置的阻值增大，发热量升高，易发生故障，不利于系统安全。并且，在现场施工过程中很难将压在同一位置上的多根主母线压紧，稍不注意就有可能造成主电缆虛接，从而在供电后引发产生事故。

对于图2所示的一拖二机组高压一次方案，在检修降压变压器进线柜或升压变压器出线柜时很不方便。即使将高压柜内真空断路器断开，只要主电机运行，降压变压器进线柜或升压变压器出线柜还是会带上10KV的高压电。而且若是图2中所示高压一次方案中的高压柜、降压及升压变压器的主电缆公共接线端子出现问题，则这两台机组的主电机均无法正常起动。

另外，若想在这种设计思路的基础上延伸出一拖三或一拖四的高压一次方案，则线路接线更加复杂，重复压线的地方更多，在以上分析中提到的主电缆接线及供电安全问题更加突出。

3 目前的50MW以上超大容量电动机的变频一拖一或一拖二供配电系统方案：

经过我公司这些年的设计总结、探索，以及与各大设计院的交流配合。在近两年，我公司推出了性价比优且安全可靠性更高的超大容量电动机供配电系统高压一次方案。我们除考虑高压电动机的短路电流对高压一次方案的影响因素外，还进一步考虑了高压系统主母线进、出线的接线问题、高压柜体的联屏问题、系统的延伸拓展性问题以及主电缆重复压线可能引发的生产事故问题等。使得一拖二及一拖多的50MW以上超大容量电动机的起动、停机及检修时互不干涉，达到了兼容于独立的完美结合。处于技术保密原因，该一次方案图略。

总之，以一拖二机组为例，我们将高压拖动系统中的供配电系统合理的划分为四个部分。使得1#主电机的高压系统与2#主电机的高压系统各自独立，而又有所兼容。独立的是这两台主电机的高压柜配置是独立的，起动或停止是独立的，高压柜体设备的检修是独立的，整个高压系统设备主电缆的接线也是独立的。整个系统中从头到尾没有一处出现高压电缆重复压线的现象，使得各接线点的发热量降到了最低点。这些独立的因素就是保证机组安全可靠运行的条件。

而在整个系统中，起动变频器及升、降压变压器是拖动系统所公用的。这些设备的公用使得整个拖动系统中，供配电系统设备的总投资在确保机组安全运行的条件下得到了最大程度的节省。

目前这一设计理念已形成具体方案，成功应用于多台42MW机组及50MW机组的高压供配电系统一次方案设计中，得到了多家设计院及用户的一致认可。此方案最大的优点是，可以充分利用启动变频器，延伸出一拖三、一拖四等机组的高压一次方案，而不用考虑主母线接线及设备检修等问题，使得现场安装、调试投运、设备检修、运行维护等更加方便和安全。

2009年，我们以此方案在某钢厂的投标中赢得用户及设计院信任，为MAN透平的风机成套了它的高压拖动系统。

4 小结

目前，在国内外文献上关于对50MW以上超大容量电动机的供配电高压系统一次方案的研究还很少。大型变频器厂家也只是提出变频器起动系统所需的基本联锁要求，这与工程实际应用要求还有一定差距。在实际工程应用中，对于超大容量电动机供配电高压系统一次方案的影响因素还有很多，还有待于我们在今后的工作实践中去进一步的研究、探索和总结，以使得该系统在运行中的不安全因素得到更加充分的預防和完善。

作者简介：

王小军、男、西安陕鼓动力股份有限公司自动化技术部、710611、工程师、电控室副主任、从事电机拖动及高低压发配电系统设计及研发工作。

作者：王小军 李勇 王锡璞 王林

大容量电动机配电研究论文 篇2：

10 kV配电网短路电流限流措施对比分析

摘要：针对配电网短路电流对系统安全稳定运行的影响，本文主要对含分布式光伏电源和感应电动机的配电网限流措施进行研究。考虑分布式光伏电源和感应电动机负荷，研究了加装普通串联电抗器、理想故障限流器、串联谐振型固态限流器和磁通约束型限流器对10 kV配电网的限流效果，并通过搭建Matlab/Simulink仿真模型，对IEEE33节点系统进行仿真分析。仿真结果表明，限流装置中的电感值越大，限流效果越好;普通串联电抗器对于稳态电压和电流有一定的影响，而其余3种限流装置对稳态电压和电流无影响。该研究对电网短路故障分析具有理论研究价值和现实意义。

关键词：限流措施; 故障限流器; 配电网; 感应电动机; 光伏电源

近年来，随着经济的飞速发展，电力网络不断完善，线路与电源越来越密集，系统运行方式更复杂，阻抗减小，使短路电流水平进一步上升，如不加以控制，短路电流超过断路器遮断容量，将对电网安全运行构成威胁[12]。此外，随着环境等问题的日益恶化，越来越多的可再生清洁能源并入电网，在10 kV配电网系统中，也出现了越来越多的分布式可再生能源，如光伏和风力发电[3]。随着这些分布式电源的加入，10 kV配电网的结构由单电源辐射型变成多电源网状型，这必然会影响配电网短路电流水平、继电保护的整定计算及系统稳定性[46]。感应电动机也成为配电网中重要的动态负荷，其反馈电流的独有特性，使感应电动机在电力系统短路时能工作在发电机状态，升高短路电流，在电网短路故障分析与限制中极为重要[7]。因此，在含有分布式电源和感应电动机负荷的10 kV配电网中，如何限制短路电流水平是电网在规划和运行过程中亟待解决的问题。目前，国内外对分布式可再生能源对电网短路电流的影响及限流措施的优化等方面均进行了相应的研究。王秀莲等人[812]主要研究了分布式光伏电源的建模以及低电压穿越方案的设计，进而仿真分析分布式光伏电源对于电网短路电流的影响;针对限流措施，孙婷等人[13]从运行调度优化的角度，提出一种使用接线方式调整和优化发电机出力来控制故障电流幅值的限流方法;陈丽莉等人[1416]主要对各种限流措施的限流效果和费用进行了数学描述并建模，根据限流措施优化模型和算法存在的缺陷，提出了综合考虑安全性、稳定性、经济性的限流措施多目标优化模型，并采用并用分支定界法和免疫粒子群算法进行求解。上述研究均没有对含有分布式光伏电源和感应电动机负荷的10 kV配电网进行限流措施的研究和对比分析。基于此，本文对含分布式光伏电源及感应电动机负荷的10 kV配电网，选取加装普通串联电抗器、理想故障限流器、串联谐振型固态限流器和磁通约束型限流器4种限流装置，采用IEEE33节点系统进行实例仿真，对比分析加装不同限流装置后对含分布式光伏电源及感应电动机负荷的10 kV配电网短路电流水平的影响。该研究为电网短路故障分析提供了理论基础。

1 短路电流抑制措施

由改变电网结构和调整系统运行方式的方法可知，实现分区分层运行是限制短路电流水平的有效措施，但铺设周期长，成本高;直流联网提高了系统的整体稳定性，但直流输电系统造价高;母线分列运行和线路拉停等方法通过增大电网等值阻抗，降低短路电流，削弱系统电气联系，降低系统运行的安全性及稳定性[1]。针对IEEE33节点系统特点，本文主要分析更换或增加一次设备的方法，即加装普通限流电抗器（current limiting reactor，CLR）和故障限流器（fault current limiter，FCL）等。

1.1 加装普通限流电抗器

加装CLR是一种传统的限流技术，其制造技术目前相对成熟。电抗器是一个中间无抽头的空心电感线圈，其磁导率小，不存在饱和现象，电抗值通常不改变。线路中串联CLR，可看作将一个固定阻值的电抗器串入电网，相当于通过增大线路的电气距离，增加系统短路时的线路阻抗，从而降低短路电流。普通限流电抗器结构简单、造价较低、效果明显，且应用时间较长，可靠性高，实践经验丰富。加装普通限流电抗器目前已经应用于配电网，该方案虽然能够起到有效限制短路电流，适当控制潮流的作用，同时可以补偿长距离线路电容的影响，但对系统具有一些负面作用，如线路阻抗升高可导致电网系统中线损增加，降低系统稳定性，系统电压跌落下降，甚至影响供电质量及继电保护中距离保护等问题。

1.2 加装故障限流器

FCL基本工作原理是通过开关设备使其在正常运行时呈低阻抗或零阻抗，故障发生时呈高阻抗，故障切除后能迅速恢复低阻抗状态，既限制短路电流，又不增加系统正常运行时的阻抗。根据FCL的原理，理想限流器由断路器和电抗器并联构成。随着超导技术、大功率半导体器件、微电子控制技术及新型材料的发展，目前FCL按照其制造材料和工作原理可分为超导限流器（superconducting fault current limiter，SFCL）、固态限流器（solid state fault current limiter，SSFCL）、熱敏电阻限流器（thermistor fault current limiter，TFCL）和磁元件型限流器等。SFCL利用超导体失超原理进行限流，能在较高电压下运行，响应速度较快，但交流损耗较高，超导材料失超不均匀，影响线路继电保护，散热与维护等问题;TFCL利用具有正温度系数的热敏电阻的电阻温度特性限制短路电流，动作迅速，但散热恢复时间长，对周边设备强度有一定要求，不适用于高电压等级电网等;SSFCL是基于电力电子装置独特的快速通断能力代替开关设备，控制自身连接的限流设备装置。正常运行时，电容器与电感发生串联谐振，故障发生时SCR导通，电抗器投入线路，限制短路电流[1718]。

磁元件型限流器分为磁饱和开关型和磁通约束型两种。正常运行时，耦合系数k≈1，并联电感阻抗很小。故障发生时，开关断开，对外呈现高阻抗，限制短路电流[19]。

2 仿真计算与结果分析

通过搭建Matlab/Simulink仿真模型，对IEEE33节点系统[20]进行实例仿真，IEEE33节点系统结构图如图1所示。仿真情景包含3种配电网类型：即不含光伏电源和感应电动机的配电网、含有感应电动机的配电网和含有光伏电源的配电网。

2.1 不含光伏电源和感应电动机的配电网

对三相短路进行仿真分析，得到系统典型节点稳态电流和电压值、三相短路电流有效值及功率值，系统典型节点参数值如表1所示。

加装CLR及FCL都是在短路故障发生后，电抗器接入线路，线路呈现高阻抗，限制短路电流。经过仿真分析，加装CLR、理想故障限流器、串联谐振型固态限流器和磁通约束型限流器4种限流装置，在电感值相同时，对三相短路电流有效值的影响基本相同，符合理论分析。不同自感下，电抗器在短路电流有效值及其与不加限流措施的比值如表2所示。由表2可以看出，虽然加装限流装置能明显限制短路电流，但其效果随着电感增大很快削弱，同时随短路点与电源点的电气距离的增大而增强。加装不同电感值CLR及FCL，对稳态电流电压值和功率的影响如表3和表4所示。

由表3可以看出，加装CLR对稳态电流电压值和功率值影响较大，随着电感值增大，稳态时功率迅速减小，这表明电网正常运行时，电抗器串接在电网线路中，阻抗增大，会增大系统线损。由表4与表2结合可知，在系统稳定运行时，加装FCL对稳态电流电压值及功率值影响极小，但故障发生时，电抗器能迅速接入线路，增大线路阻抗。通过仿真数据分析，表明FCL具有优良性能。

在节点2加装5 mH电抗值的CLR和FCL，不同短路点的短路电流与不加限流措施的短路电流比值如表5所示。由表5可以看出，随着短路点与加装限流设备位置的电气距离的增大，限流设备的限流效果逐渐减弱。

2.2 仅含感应电动机的配电网

感应电动机是目前电力系统中最常见、需求量最大且权重极高的动态负荷。大容量感应电动机在系统短路后可能处于发电机状态，并向短路点传递短路电流。因此，对于含异步电动机的配电网短路分析，需考虑反馈短路电流的影响[7]。

针对IEEE33节点系统[20]，选取额定电压为380 V，额定容量为3730 W的感应电动机经变压器并网，置于节点4和节点5之间，加入感应电动机时，各节点稳态电流电压值和功率如表6所示。

选取典型上游节点1，2，23和典型下游节点4，6，10进行短路仿真，并在短路节点处添加5 mH电抗值限流措施进行分析，含感应电动机的配电网短路电流水平和限流措施结果如表7所示。

感应电动机的加入对稳态电流电压产生一定影响，位于安装节点上游且电气距离较近的测量点会增大功率，而其他节点功率普遍降低;对上游短路点，感应电动机会增大短路电流，对下游短路点，感应电动机会减小短路电流，且这种特性随着短路点与安装位置电气距离的增大愈发削弱，符合感应电动机反馈电流的特性。同时，限流措施对含感应电动机的配电网仍能有效限制短路电流。

2.3 仅含光伏电源的配电网

并网型光伏发电结构主要由太阳能光伏电池、最大功率点跟踪（maximum power point tracking，MPPT）、逆变器和隔离变压器4部分构成。本文选用Boost升压斩波电路进行MPPT控制，通过三相三电平VSC转换器，将100 kW阵列模型连接到10 kV配电网[21]。

在模拟仿真过程中，光伏并网位置选在节点4和节点5之间，光伏并网后稳态电流电压值和功率如表8所示。选取典型上游节点1，2，23和典型下游节点4，6，10进行短路仿真，并在短路节点处添加5 mH电抗值限流措施进行分析，含分布式光伏电源的配电网短路电流水平和限流措施结果如表9所示。

含分布式光伏电源的配电网对功率产生较大影响，与并网电气距离短，且位于安装点上游的节点功率增大。短路发生时，光伏电源使系统短路电流水平有所下降，且限流措施具有较好的限流效果。

3 结束语

本文围绕含分布式光伏电源和感应电动机的配电网限流措施进行分析研究。分别针对加装普通串联电抗器、理想故障限流器、串联谐振型固态限流器和磁通约束型限流器4种限流装置，在IEEE33节点标准配电系统的基础上，通过Matlab/Simulink搭建相應的仿真模型。仿真结果表明，加装CLR与FCL的限流效果相似，但在系统稳定运行时加装CLR，增大线损，降低系统稳定性，而加装FCL对稳态时的性能几乎无影响，具有明显优势;短路电流均随电抗值的增大而减小，但限流效果被削弱;含感应电动机的配电网由于电动机反馈电流作用，对稳态值及短路水平具有一定影响;光伏电源并网使配电网变为多电源供电，其短路电流特性有所改变。通过上述算例分析，给出了在含分布式光伏电源和感应电动机负荷的10 kV配电网中，安装不同限流装置对电网稳态性能及限流效果的优劣对比，为10 kV配电网选取适当的限流装置提供了理论基础和依据。下一步将针对运行成本、稳定性、限流效果进行限流的多目标优化研究。

参考文献：

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Comparison and Analysis on Current Limiting Measures of Short Circuit Current in 10 kV Distribution Network

HUANG Huaying1， HUANG Hui1， YE Xuanrong1， LIU Xiongguang1， CHEN Yuanli2

（1. Yunfu Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co. Ltd.， Yunfu 527399， China;

2. Guangzhou Yijun Power Technology Co. Ltd， Guangzhou 510080， China）

Key words： current limiting measures; FCL; distribution network; induction motor; PV

作者：黄华颖 黄辉 叶烜荣 刘雄光 陈媛莉

大容量电动机配电研究论文 篇3：

浅析带式输送机起动方式的选择

摘要：通过对工程实例中长距离重载起动带式输送机起动的分析、计算与校验，比较目前几种常用起动方式的优缺点，找出最合理的起動方式。

关键词：大起动静阻转矩；起动端子压降；全压起动；液力偶合器。

前言

由于长距离重载起动带式输送机属于大起动静阻转矩负载，对电动机起动转矩要求很高。在做供配电方案时除应考虑电动机起动时不因电压下降而影响配电系统中其他用电设备正常工作外，还尤其要校验电动机起动时其端子电压能否保证被拖动机械要求的起动转矩。

1.工程实例介绍

该项目中有两条长距离皮带运输机M1和M2，分别采用AC 380V 160kW鼠笼型交流异步电动机驱动，电机型号为Y315L2-4。皮带机电源引自备煤MCC电气室，M2距离较远，长度为420米，采用ZR-YJV-1-2（3x70+1x35）。本文以M2为研究对象。配电系统接线图见图1-a。

备煤MCC柜0.4kV母线短路容量Skm=12.23MVA。备煤车间计算负荷为P30=573.2kW，S30=754.5kVA，计算电流I30=1146.4A，采用电缆ZR-YJV-1-3（3x240+1x120）。除M2外的预接负荷无功功率Qfh=385.0Kvar。M2电动机的额定电流IrM=298A，起动电流Ist=1965.2A。忽略配电变压器低压侧至备煤MCC柜0.4kV母线间阻抗。

2.全压起动计算

可知电动机额定容量SrM= UrMIrM= x0.38kVx0.298kA=0.196MVA

电动机的额定起动容量SstM= UrMIst= x0.38kVx1.965kA=1.293MVA

根据《工业与民用配电设计手册（第三版）》（以下简称配三）P270，起动回路的额定输入容量：

备煤MCC柜母线电压相对值：

ustm= = =0.921

M2电动机端子电压相对值：

根据《配三》P268式（6-23），起动时电动机端子电压应能保证传动机械要求的起动转矩，即

式中 MstM――电动机起动转矩相对值，即起动转矩与额定转矩的比值，查电动机样本取2.0；

Mj――电动机传动机械的静阻转矩相对值，常用数据参数见《配三》表6-14，此处取1.5。

根据上述计算，电动机全压起动时配电母线上的电压不低于系统标称电压的90%，满足全压起动要求。但电动机端子电压无法保证传动机械要求的起动转矩，不能选择全压起动。

3.解决方案

电气设计人员遇到上述情况通常的解决方式是解决压降问题从而满足全压起动要求。或者采用变频全转矩起动、液力偶合器起动。

3.1 全压起动

选择大截面电力电缆、缩短配电变压器到电动机间距离等减小线路阻抗的方式来降低电动机起动时端子压降。增大电缆截面将显著增加在电力电缆上的投资，有些项目为了不增大电缆截面，对于距离较远的个别带式输送机可选择660V供电电压，以减小电机电流。

3.2 变频起动

变频起动是在变频调试系统中，用逐步提高电动机定子绕组的供电频率来提高电动机的速度。这种起动方式也降低了电动机的端子电压和起动电流。

变频调速改变了异步电动机的同步转速，保持了电动机的硬机械特性，与其他起动方式相比，起动电流小而起动转矩大，可做到全转矩起动。对设备无冲击力矩，对电网无冲击电流，既不影响其他设备的运行，又有最理想的起动特性。变频器具备所有软起动功能，但价格较贵，结构也较复杂。如果生产过程无调速要求，则选择变频起动显得浪费。

3.3 液力偶合器软起动方式

液力偶合器软起动利用液体粘性即油膜剪切力来传递扭矩，其结构由主体轴、从动轴、主从动摩擦片、控制油缸、弹簧、壳体及密封件等组成。这种起动方式主要有如下优点：基本可做到电动机空载起动，以减小对电气和机械的冲击；驱动装置能提供可调的、平滑的、无冲击的起动力矩；与电动机具有良好的匹配特性，充分利用电动机的最大力矩。

由于电动机近似轻载起动，故在做起动校验时无需校验电动机端子压降，只需校验低压母线电压即可。部分减轻了设计工作量。

4.结语

从以上分析可以看出，全压起动是最简单经济的起动方式，在能满足要求的情况下优先选择全压起动。对于带式输送机这种重载起动负载来说，在不需要调速的情况下，选择变频起动方式性价比不高。液力偶合器由于其独有的轻载起动、抗冲击、经济性好等优点，在我国工矿企业带式输送机中应用越来越普遍。在实际工程设计中，具体选择何种起动方式，还应综合考虑具体工况、建设投资、他专业要求等多方面因素来决定。

参考文献：

[1]中国航空工业规划设计研究院 工业与民用配电设计手册.第3版，北京：中国电力出版社，2005.

[2]刘维巍.《浅析石化行业电动机起动方式的选择与应用》化工设计.2013，23（4）.

作者：张绍立　李海波