高压电动机配电设计说明.ppt

工程中供配电设计对高压电动机的一些考虑陆继诚陆继诚上海市政工程设计研究院上海市政工程设计研究院2005.10.262005.10.26一：供电电源一：供电电源二：高压电动机配电的典型结线二：高压电动机配电的典型结线三：高压电动机电压等级的确定三：高压电动机电压等级的确定四：电动机起动四：电动机起动五：功率因数补偿五：功率因数补偿六：主变压器选择的一些原则六：主变压器选择的一些原则一：供电电源1.1 我国输配电网络中的电压等级电网中各级变电所合理供电半径 表1.1变电所电压等级(kV)变电所二次侧电压(kV)合理供电半径(km)变电所电压等级(kV)变电所二次侧电压(kV)合理供电半径(km)6、100.258220110、61050100356105.015330110、22010020011035、6101550500220200300一：供电电源1.2 电网中各电压等级变电所的容量变电所主变压器设置参考表 表1.2变电所电压等级(kV)主变压器台数与容量(台数kVA)变电所电压等级(kV)主变压器台数与容量(台数kVA)500250000041500000110220000463000330290000424000035263004200002202900004240000一：供电电源1.3 电网对用户供电的一般规定上海市电力公司对用户供电的规定为：a.低压供电(非居民用户)用户单相用电设备总容量10kW及以下的，可采用低压单相220V供电。用户用电设备容量在350kW以下或最大需量在150kW以下的，采用低压三相四线380V供电。一：供电电源1.3 电网对用户供电的一般规定上海市电力公司对用户供电的规定为：b.10kV供电用户受电设备总容量在6300kVA以下的，采用10kV供电c.35kV供电用户受电设备总容量在6300kVA至40000kVA的，采用35kV电压供电。一：供电电源1.3 电网对用户供电的一般规定上海市电力公司对用户供电的规定为：d.110kV及以上供电用户受电设备总容量超过40000kVA的，采用110kV及以上电压供电。一：供电电源1.3 电网对用户供电的一般规定上海市电力公司对用户供电的规定为：e.供电容量的界限在特殊情况下，可作适当变动。一：供电电源1.3 电网对用户供电的一般规定上海市电力公司对用户供电的规定为：二：高压电动机配电的典型结线 2.1 10KV电源10KV直配电机结线二：高压电动机配电的典型结线2.2 10KV电源6KV电机结线 二：高压电动机配电的典型结线2.3 35KV电源10KV（6KV）电机结线 三：高压电动机电压等级的确定三：高压电动机电压等级的确定 3.1 常用电动机的电压等级及容量范围常用电动机的电压等级及容量范围低压电动机：280KW高压电动机：220KW三：高压电动机电压等级的确定 3.2 通过经济比较确定高压电动机的电压 高压电动机电压等级的确定，应该根据不同的容量，经济合理为原则，目前市场上2.3KV、3.3KV、6.3KV、10KV等级的高压电动机其容量范围在中小容量部分基本重叠，通常低压电动机（380V）上限为280KW，高压电动机下限为220KW，因此，大于220KW的电动机，可选择2.310KV的任意等级，但为电动机供电和控制的开关柜及其配套设备，目前国内基本为6KV和10KV，所有，高压电动机的电压选择，通常为6KV和10KV二个等级的选择三：高压电动机电压等级的确定 3.2 通过经济比较确定高压电动机的电压 如果选用10KV等级的电动机，相应设备校6KV可能出现变化的是：电动机费用增加高压开关柜费用略有增加高压电缆费用略有上下（绝缘提高，费用增加；截面减小，费用降低）起动设备（如果需要）费用增加损耗（运行费用）降低三：高压电动机电压等级的确定 3.2 通过经济比较确定高压电动机的电压 通过这些方面的比较，一般情况下，6KV具有校明显的优势，另外，目前国内6KV电动机生产厂家较多，技术也校成熟，选用6KV电动机应该比较合理，但是，由于我国已经取消了6KV的输电网络，对于需要高压电动机的用户（工程），有相当多的电源电压为10KV，因此，选用6KV高压电动机，需要设置10/6KV主变压器，高压系统大大复杂，土建费用增加，损耗增加，维护费用等均相应增加，与这些因素通盘考虑，往往10KV电动机具有校好的经济性。三：高压电动机电压等级的确定 3.2 通过经济比较确定高压电动机的电压 根据我院长期设计的经验，一般10KV供电的工程，采用10KV电动机较合理，35KV及以上供电的工程，宜采用6KV电动机。三：高压电动机电压等级的确定3.3 电力部门对高压电动机的限制 10KV供电的工程，采用10KV电动机校合理，前提是电动机由10KV电网直配，即10KV电动机通过开关及保护设备，直接挂在电网上，因此当地供电部门为了其电网的安全，可能提出异议，或者提出增加起动设备等要求。因此，是否采用直配电机，还需考虑当地供电部门的要求。三：高压电动机电压等级的确定3.4 业主的要求 由于考虑问题的不同，习惯的不同，一些业主不愿意采用10KV电动机；有些业主认为目前6KV输电网络已淘汰，不愿意采用6KV配电设施，因此不愿意采用6KV电动机。三：高压电动机电压等级的确定3.5 大型民用建筑中采用高压电机的设计思路 大型民用建筑如果采用35KV电源且需要采用高压电动机，原则同工业建筑，以经济性作为选择的基础，但应该兼顾运行、维护和备品备件兼容性等因素，因此在经济技术相差不大的情况下，优先采用10KV，三：高压电动机电压等级的确定3.5 大型民用建筑中采用高压电机的设计思路具体考虑如下：高压电动机容量占绝大多数，其他负荷容量相对较小，可以采用6KV等级；二者容量均较大，采用一组（二台）变压器不够的情况，可考虑采用6KV和10KV二个电压等级，也可考虑均采用10KV等级；高压电动机容量较小，或二者容量校小，建议采用10KV等级。三：高压电动机电压等级的确定3.5 大型民用建筑中采用高压电机的设计思路采用10KV电机，主要有以下优点：（1）配电系统简化，系统更可靠；造价、运行费用相应降低；如果采用6KV电动机，往往需要10KV、6KV二个系统，设备可能增加30以上，相应的土建造价和设备造价增加；维修费用增加。（2）有利于电动机起动 10KV系统容量往往比6KV大，而同样功率的电动机10KV电流小，因此有利于电动机的起动，可能因此可以采用直接起动而不需要减压起动设备。（3）减少损耗 电动机电流小，相应线路损耗降低。四：电动机起动4.1直接起动 直接起动，是指电动机起动时，直接加载全额电压的起动方式，是最经济和可靠的起动方式，因此，规范首先推荐直接起动 四：电动机起动4.1直接起动如：泵站设计规范GB/T50265-97 “10.5.1 机组应优先采用全电压直接起动方式，”通用用电设备配电设计规范GB50055-93 “第2.3.3条笼型电动机和同步电动机起动方式的选择，应符合下列规定：一、当符合下列条件时，电动机应全压起动：电动机起动时，配电母线的电压符合本规范第2.3.2条的规定：机械能承受电动机全压起动时的冲击转矩；制造厂对电动机的起动方式无特殊规定。”四：电动机起动4.1直接起动 但是，电动机的起动电流，一般高达额定电流6倍以上，如此大的电流，必将使电网受到冲击，产生瞬时的电压降，为了保证电网质量，防止其他用电设备受到伤害，我国所有有关规范都对电动机起动允许的压降作了规定 四：电动机起动4.1直接起动如：通用用电设备配电设计规范 GB50055-93“第2.3.1条 电动机起动时，其端子电压应能保证机械要求的 起动转矩，且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作。四：电动机起动4.1直接起动如：第2.3.2条 交流电动机起动时，配电母线上的电压应符合下列规定：一、在一般情况下，电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的；电动机不频繁起动时，不宜低于额定电压的。二、配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷，且电动机不频繁起动时，不应低于额定电压的。三、配电母线上未接其他用电设备时，可按保证电动机起动转矩的条件决定；对于低压电动机，尚应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。”四：电动机起动4.1直接起动因此，不能满足上述要求的电动机，必须采取措施。四：电动机起动4.2 电抗器起动电抗器起动，是一种在主回路（定子回路）串接阻抗，以降低电动机端子电压，从而限制起动电流的一种降压起动方式。四：电动机起动4.2 电抗器起动需要增加的设备：电抗器一个、高压开关（柜）一台、旁路电缆若干。优点：其特点是设备简单，控制方便；缺点：起动电流较大，起动转矩较小 四：电动机起动4.2 电抗器起动原理图：四：电动机起动4.3 自耦减压起动 自耦减压起动，是一种在主回路接自耦变压器，定子回路接自耦变压器抽头，以降低电动机端子电压，从而限制起动电流的一种降压起动方式，由于变压器的作用，电动机定子回路的电流（起动电流）大于主回路电流。目前国内较多应用于低压电动机。四：电动机起动4.3 自耦减压起动需要增加的设备：自耦变压器一个、高压开关（柜）一组、旁路电缆若干。优点：起动电流相对较小，起动转矩相对较大；缺点：设备复杂，价格高，起动转矩仍然小于直接起动 四：电动机起动4.3 自耦减压起动原理图：四：电动机起动4.3 自耦减压起动四：电动机起动4.4 软起动软起动，是一种在主回路串接可控功率元件装置，无级调节起动电流，通过预设起动电流，从而达到平稳起动的一种降压起动方式。四：电动机起动4.4 软起动需要增加的设备：软起动装置一套。优点：起动电流可任意设置，起动转矩平稳；缺点：价格高四：电动机起动4.4 软起动原理图：四：电动机起动 以上起动形式均影响起动力矩以上起动形式均影响起动力矩 四：电动机起动4.5 频敏变阻器起动软起动频敏变阻器起动，是一种在转子回路串接频敏变阻器，通过限制转子回路电流，从而降低定子回路电流的一种起动方式。四：电动机起动4.5 频敏变阻器起动软起动需要增加的设备：频敏变阻器及其辅助开关一套。优点：起动转矩大，起动设备电压等级低（通常1000V以下）；缺点：仅能应用于绕线型电机四：电动机起动4.5 频敏变阻器起动软起动原理图：五：功率因数补偿五：功率因数补偿5.1 规范对功率因数补偿的要求供配电系统设计规范第条供配电设计中应正确选择电动机、变压器的容量，降低线路感抗。当工艺条件适当时，宜采取采用同步电动机或选用带空载切除的间歇工作制设备等，提高用电单位自然功率因数的措施。五：功率因数补偿五：功率因数补偿5.1 规范对功率因数补偿的要求供配电系统设计规范第条当采用提高自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。当经过技术经济比较，确认采用同步电动机作为无功补偿装置合理时，可采用同步电动机。五：功率因数补偿五：功率因数补偿5.1 规范对功率因数补偿的要求供配电系统设计规范第条采用电力电容器作为无功补偿装置时，宜就地平衡补偿，低压部分的无功功率宜由低压电容器补偿；高压部分的无功功率宜由高压电容器补偿。容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率宜单独就地补偿。补偿基本无功功率的电容器组，宜在配变电所内集中补偿。在环境正常的车间内，低压电容器宜分散补偿。五：功率因数补偿五：功率因数补偿5.2 同步电动机补偿通过调节同步电动机的励磁电流，可以改变电动机的功率因数，甚至发出无功功率，因此系统中采用部分同步电动机，可以解决功率因数补偿的问题，是以往大、中型电动机的首选，但是，同步电动机造价高，维护工作量大，控制复杂，随着电容器制造技术的发展，目前使用越来越少。五：功率因数补偿五：功率因数补偿5.3 电容器集中补偿通过系统上挂接电力电容器来提高系统的功率因数，是目前常规的功率因数补偿方法，随着电容器制造技术的发展，电容器的故障率和火灾危险性大大下降，但是由于高压开关设备的价格一般比较贵、体积大，目前采用分级自动补偿的情况不多，一般适用于无功功率比较固定的场合，如变压器等。五：功率因数补偿五：功率因数补偿5.4 电容器就地补偿每台电动机的功率因数与负荷率、极数及容量都有关系，一般负荷率越低，极数越多，功率因数越低，负荷越小，功率因数越低，但是，电动机的无功功率主要是消耗在励磁电流上的，随负荷率变化不大，因此，每台电动机的无功功率基本是固定的，确定了电动机，也确定了无功功率，然而，由于系统上一般有多台电动机，电动机运行的不同，系统上要求补偿的无功功率也不同，因此，采用集中补偿往往难以适用，常常出现要么系统功率因数低，要么过补偿。功率因数就地补偿利用每台电动机无功功率基本固定的特性，通常在每台电动机的接线端子处，并接补偿电容器。采用功率因数就地补偿，一般可将每台机组补偿至0.95以上。六：主变压器选择的一些原则六：主变压器选择的一些原则6.1 满足负载的需要主变压器容量的选择，首先满足负载的需要，根据变压器所带的负载的状况，确定计算负荷，工程中，通常变压器负载率选择在8090。六：主变压器选择的一些原则六：主变压器选择的一些原则6.2 满足安全供电的需要采用高压电动机的工程，一般对供电安全性都有要求，我国的供电规范均要求供电系统在发生故障时，必须满足一、二极负荷的供电。当然，不同的行业要求不同，如给水工程中要求，当一路电源或一台变压器故障时，需保证75的供水量，因此给水工程中如果选用二台主变压器，负荷率一般在70以下。六：主变压器选择的一些原则六：主变压器选择的一些原则6.3 考虑电费的影响我国对非居民用户的电费收取采用的是两步电价制，即基本电价和电度电价，其中基本电费是安装变压器装机容量或最大需用量来收取，如果安装最大需要量计算，最大需要量由用户单位申请，但最小不小于装机容量的40，因此变压器的选择，不宜负荷率过低。六：主变压器选择的一些原则六：主变压器选择的一些原则6.4 考虑变压器的影响变压器的损耗，可分为铜损和铁损，铜损是指变压器初级和次级线圈的阻抗产生的损耗，铁损是指变压器励磁回路产生的损耗，一般在制造技术相同，材料一致的情况下，变压器铁损由容量确定，容量越大，铁损越大；变压器铜损与负荷率有关，负荷率越低，铜损越小，因此，对于一个工程而言，如果负荷确定，变压器选择过大，铁损大，铜损小，变压器选择过小，铁损小，铜损大，因此，单就变压器损耗而言，应该选择一个最佳容量，但不同的变压器、不同的负荷变化对此都会产生影响，通常情况认为，负荷率50左右，损耗最小。六：主变压器选择的一些原则六：主变压器选择的一些原则6.4 考虑变压器的影响目前我国变压器制造业在35KV以下等级的制造水平处于国际领先水平，且竞争激烈，因此对于运行工况特殊，对损耗有特殊要求的工程，可与制造厂联系，特殊设计。谢谢大家！知识回顾知识回顾Knowledge Knowledge ReviewReview