远距离线路采用电容电抗法起动鼠笼电动机

摘　要　介绍了煤矿井下远距离送电线路采用电容电抗法起动鼠笼电动机的工作原理、主接线、技术数据、使用方法和电抗器的计算选择方法。

关键词　鼠笼电动机　并联电容器　电抗器　起动

煤矿井下6kV高压水泵电动机原设计采用绕线式电动机，但电动机转子经常损坏，对安全生产威胁极大。针对龙岩矿务局坑柄煤矿高压供电系统存在的问题，提出了采用鼠笼式电动机以及远距离线路采用电容电抗法起动鼠笼式电动机的设计。

1.高压供电系统现状

坑柄煤矿两路120 mm2钢芯铝绞线6 kV高压供电线路从矿区35kV变电站引来接到坑柄煤矿地面变电所，每路长度9.55km，正常时两路并联使用，事故时使用一路。现有地面及井下负荷650kW。

2.＋180 m水平泵房变电所主接线和工作原理

＋180 m水平泵房变电所电源线路设计选定用70mm2铜芯矿用高压电缆直接从地面变电所引来，电缆长度1520 m。＋180 m水平泵房变电所安装有3台220kW，6kV高压电动机拖动水泵，正常时一台运行，最大涌水量时两台同时运转。采用电抗器起动减少了电动机的起动电流，采用起动补偿电容器又进一步减少了电动机在电网中的起动电流，使得远距离送电线路可以起动高压鼠笼电动机，这就是远距离线路采用电容电抗法起动鼠笼电动机的工作原理。

＋180 m水平泵房变电所主接线见图1，补偿电容器柜分成两面，一面100kvar作为水泵电动机长期运行时的就地补偿用，另一面200kvar作为水泵电动机起动时补偿用，起动完毕自动退出运行。

 

图1　+180 m水平泵房变电所主接线图

根据上述情况，最坏情况下，发生事故时一路电源线路运行，2台水泵同时运行，架空线路电压损失经计算为

式中　ΔU—— 线路电压损失百分数；

R——线路电阻，R=2.58 Ω；

X——线路电抗，X=2.99 Ω；

P——线路输送功率，P=650+220×2×0.85＝1024 kW，式中0.85为负载系数；

Ue——电源标称电压，6.3 kV；

φ——线路功率因数角，cos φ=0.95时，tan φ=0.3286。

事故时计算线路电压损失合格。

3.鼠笼式高压电动机采用电抗器起动的计算

在本设计中能否采用鼠笼式高压电动机的关键是在事故时一路电源线路运行，2台水泵同时运行且其中1台水泵起动时的线路电压损失不超过15％。实际上由于下井电缆线路阻抗很小，且在事故时地面负荷可以减少，而且第2台水泵起动次数也很少，每班绝不超过1次，

因此这时线路电压损失可以放宽。

选鼠笼式高压电动机型号规格为Y3551－4，额定电压Ue=6000 V，额定功率Pe=220kW，额定电流Ie=25.4A，起动电流倍数为5.52，采用串联QKSQ－6系列三相电抗器起动方案。则有：

允许的起动电压的相对值

式中　α——起动电压相对值；

U′ST——电动机降压起动时电压，V；

Ue──电动机额定电压，V；

M′ST——生产机械实际需要的起动转矩，一般为（0.45～0.7）Me；

MST——电动机直接起动时转矩；

Me——电动机额定转矩。

不串接电抗器直接起动时电流

IST＝5.52Ie=140.2 A

接入电抗器后的起动电流

I′ST＝αIST=104.4 A

电动机每相的起动阻抗

式中　ZST──电动机每相起动阻抗，Ω；

IST──电动机直接起动电流，A。

接入电抗器后每相起动阻抗

式中　Z′ST── 接入电抗器后每相起动阻抗，Ω；

I′ST──接入电抗器后的起动电流，A。

应该串联的外加电抗值

XR≈Z′ST－ZST＝8.48 Ω

式中　XR──外加电抗值，Ω。

按产品样本选QKSQ－400/6型起动电抗器，额定电流115.5 A，每相阻抗10

Ω，接在第2个抽头每相阻抗为8.5 Ω。这时)实际电动机起动电流值为

式中　ZR──外加电抗值，Ω。

4.线路电压降验算

根据以上电动机经电抗器降压起动时的起动电流值，以及起动时的功率因数约为0.25（这时sinφ＝0.968），计算得出电动机的起动负荷情况为

P2＝3I′STUecos φ=271 kW

Q2＝3I′STUecos φ=1050 kvar

根据图2的起动时有功容量和无功容量分布图，得出：

∑P＝P1＋P2＋P3＝1108 kW

∑Q＝Q1＋Q2＋Q3＝1025 kvar

图2　起动时有功容量及无功容量分布图

这时线路电压损失为，

式中　P1——起动时稳定负荷的有功容量，kW；

Q1——起动时稳定负荷的无功容量，kvar；

P2——起动时起动负荷的有功容量，kW；

Q2——起动时起动负荷的无功容量，kvar；

P3——起动时补偿电容的有功容量，kW；

Q3——起动时补偿电容的无功容量，kvar；

φ——线路功率因数角。

5.结论

从计算结果看线路电压损失没有超过15%，即使超过了15%，在一回输电线路事故情况下可以采用减少地面负荷来保证第2台水泵的起动，同时计算时忽略了下井高压电缆线路的电压损失，事实上采用了补偿电容器后在不减少地面负荷的条件下只用了4s就很容易地将第2台水泵电动机起动起来；如果没有采用起动补偿电容器则无法将第2台电动机起动起来。

在本例中采用串联电抗器起动减少了电动机的起动电流，采用并联补偿电容器起动又进一步减少了电动机在电网中的起动电流，使得远距离送电线路采用电容电抗法可以起动高压鼠笼式电动机。

作者简介：林　永，1977年生，1995年保送入清华大学电机工程与应用电子技术系。现为清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及其自动化专业研究生。地址：清华大学28#604，邮码：100084。

作者单位：清华大学电机工程与应用电子技术系

(收稿日期：1999-07-12)

信息来源：中煤网  原作者：林永