60HZ進口電機的使用和供電設計論文
【摘要】文章闡述了進口高壓電機在國內電網上使用的設計原理和實施方法。
【關鍵詞】60HZ進口高壓電機；供電系統；設計改造
90年代初期，一橡膠生產公司從北美進口了五臺（二手）橡膠設備，其中有兩臺法雷爾生產的11D密煉機和一臺壽力公司生產SL–32型的螺桿空壓機。這三臺設備的基本狀況測試良好，根據公司生產需求，需要盡快安裝投運創造效益；但使用這些設備存在一個很大的技術難題：這些設備的驅動裝置是60Hz的五臺高壓電機，無法直接投入我國的50Hz電網。但是如果全部更換為國產50Hz、6KV電機和高壓柜，需要增加近100萬元費用。為了解決這一技術難題，技術人員針對進口設備的供電系統、開關裝置、電機參數等進行了認真分析計算，決定采用變頻原理，對該系統進行供電設計改造。
一、設計和改造
（一）設計依據
（2）高壓起動柜。主回路三相交流電壓為2300V；控制回路電源取至柜內高壓PT二次側，電壓為交流120V。300馬力以上的電機采用串聯交流電抗器方式起動，200馬力的電機采用直接起動方式（柜內高壓空氣斷路器線圈電壓為直流120V）。
（3）供電系統。進口電機為三相60HZ、2400V交流供電系統；現公司為三相50HZ、35/10KV交流供電系統。
（４）負載特性。負載特性為恒轉矩。
（二）配電設計
高壓電機的原工作頻率應為60HZ，現要工作在50HZ的電網上。為了保證電機的額定電流和功率因數基本不變，電機在變頻前后的過載能力等基本性能不變，根據恒轉矩負載變頻調速原理可知，電機定子的電壓與頻率的調節必須符合下列規律。即：
電機原來的配電電壓為2400V，比電機實際的使用電壓2300V高100V，這主要是考慮供電變壓器的負載特性和線路壓降。
因此采用50HZ供電系統后，電網電壓也應比電機實際使用電壓略高。根據式（2）的計算公式可以求出50HZ時的電網電壓為2000V。
由于這五臺二手高壓電機起動柜的控制電源取至柜內高壓PT二次側，系統電壓下調后，控制電壓必然也隨之下降。PT變比為20:1，當系統電壓降到2000V時，控制電壓降為100V。對于50HZ、100V的交流電源能否保證柜內電氣元件可靠動作，我們通過試驗的方法進行了考證，即采用調壓器分別在90V、100V、110V電壓值上做10次操作試驗，并分別保持2小時，結果柜內電氣元件動作都非常穩定，鐵芯無異常聲音，線圈溫升正常。以上試驗表明降壓降頻后，對起動柜運行不存在影響。
（三）變壓器設計
公司的高壓系統電壓為35/10KV，而計算出的五臺二手高壓電機系統電壓為2000V，為了提供這一電壓等級，必須設計一臺10/2KV的變壓器與之匹配。
這五臺二手高壓電機的總容量為2500馬力，其中最大電機容量為1000馬力；采用降壓降頻后，電機總容量降為2083馬力（1531KW），最大電機容量降為833馬力（612.3KW）。因煉膠設備的載荷不很穩定，負載率偏低，一般僅為電機額定容量的`75％左右，所以實際電機運行的總負載大約在1150KW左右。根據最大電機起動電流的要求，經與變壓器生產廠家的共同論證，最終選定變壓器容量為1600KVA。該變壓器交付使用后的主要技術參數如表二：
（四）一、二次保護系統
1600KVA的專用變壓器一次側取至公司總變電室的10KV電網514#間隔，配置過流、速斷、瓦斯等保護；二次側設計為安裝一臺總柜、兩臺出線柜，分別配置過流、速斷保護。出線柜和起動柜之間用電纜連接，在每臺起動柜上分別加裝反時限過流繼電器，用于單臺電機的過流、速斷保護。
二、改造后系統的情況
（一）變壓器
該變壓器投運后，正常使用的負載范圍在額定容量的70%－80%之間，當五臺電機同時運行時，負載最高可達90%左右。由于變壓器過流、速斷保護值設定比較合適，各臺電機起動或運行時均未造成變壓器保護的掉閘故障。因此，變壓器的設計比較合理，屬于經濟運行。
（二）電機
采用降壓降頻后，兩臺大電機的運行電流基本與（60HZ時）額定值相符。而三臺小電機，運行電流略高一點，但電機溫升基本正常。如螺桿空壓機一般運行電流在66～72A，（下轉第175頁）（上接第165頁）而額定電流為68.5A。注意，由于電機使用頻率降低為50HZ，電機轉速下降了16.67%，設備效能也隨之下降。
（三）電機起動柜
電機起動柜投運一年來后，沒有發生因降壓降頻造成的開關誤動、拒動現象，線圈溫升也在規定的范圍之內。但因降頻后電抗器的電抗值下降，對起動電流的抑制作用減小，因此需要調整電抗器的抽頭，增大電抗值，保證電機起動正常。
采用變頻原理對進口高壓電機進行供電改造，解決了進口設備使用的重大技術難題，不僅確保了進口設備的順利投運，也為公司節約了大量資金。
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