发电厂直流电机启动控制问题及对策探讨

发电厂直流电机启动控制问题及对策探讨
发布时间：2023-03-08T02:33:51.079Z 来源：《中国电业与能源》2022年21期作者：刘道鹏
[导读] 本文结合直流电机的启动原理
刘道鹏
广东粤华发电有限责任公司
摘要：本文结合直流电机的启动原理，对发电厂直流电机启动控制问题及对策进行分析与探讨，以供同仁参考。

关键词：直流电机；启动异常；处理对策
一、前言
近年来，随着我国对电力的需求居高不下，电厂发电压力也在逐年上升，当前发电厂所使用的直流油泵电机在启动的过程中具有较大的电流，这就造成较大幅度的直流母线电压波动，在传统的设计中，启动控制柜有着使用寿命短，稳定性差的特点，因此，发电企业必须对直流电机启动控制方式的优化与完善给予足够的重视，只有这样才能保证供电系统顺利运行。

基于与此，本文结合直流电机控制系统的基本启动运行原理，对发电厂直流电机控制系统启动的相关问题及控制对策进行全面分析归纳与探讨，以供同仁参考。

二、发电厂直流电机的启动原理
对三相直流电机的正常启动电流进行了分析后可知其作用与其它交流单相电机的一样，在它们进行交流启动操作的启动时候也必须是要先保证下述两个最基本起动条件的满足:即(1)首先在三相直流电机的启动工作的时候需要确保有足够大范围的直流启动工作转矩；(2)直流电机在电源启动时的起动瞬间，因为发电机转子此时还没有直接发生任何转动，所以正反转换电势点此点时尚还未充分建立。

在这种启动情况下如下直接的启动只会导致整个电路过程当中产生的直流启动的电流偏大，而且就一个具体设备的启动实验电流分析计算来看，启动试验电流往往约为启动额定测试电流值的近10~至20倍，这种电流严重或超过起动额定实验电流数值的特殊情况将会导致该设备完全损坏，同时这也根本满足不了大功率直流调速电机直流启动技术的启动基本条件。

电路系统当中产生的瞬间启动的电流如果过太大会可能使控制电动机运转的传动机械受到很巨大程度的振动冲击，在遭受这种电流冲击时下，电动有机会也受到振动破坏，所以说在控制直流电机突然启动电机的启动时候也必须也要考虑对这个电流冲击的幅度大小上的限制。

三、发电厂直流电机启动控制中的问题与控制
（1）直流电机的接线问题。

在对我们国内外的目前较为常见的各种类型发电厂直流电机及其实际的应用情况来进行对比分析后我们可知，发电厂机组里目前使用的主要电源设备是并激式单绕组直流电机，这种特殊类型发电厂直流式电机绕组中的前两个绕组电枢端子方式依次命名为接H1和接H2，并激式直流电机绕组中的绕组接线端子顺序是为接线B1和接线B2，其具体实际使用过的两个绕组的接线端子方式顺序是为H1在并接在并接完的B1上之后就连接到了直流电源线圈上的正极，H2则在并接完了B2上之后就则被连接到至了直流电源绕组上的负极。

在众多工业布线实践的工程范例中，接线的设计接线方式和选择方案是否合法严谨且科学都会直接的影响整个交直流电机装置中的各种综合功能应用效果及其综合效率如何提高可靠性和保护系统设备安全，所以我们在完全了解掌握了正确而无误接线的方式之后方可进行部署以及其他各种相关工程环节工作。

（2）直流电机的启动电流问题。

根据许多实践工作经验，直流电机最大的空载启动电流一旦超过了额定运行电流容许的范围内之后则会对此造成一些非常的显著的不利的影响，所以说在生产实践应用中就需要着重强调将直流电机空载的允许启动的电流大大降低。

要真正有效安全地实现降低电机启动时电流，一般是需要考虑在电机需要启动电压的启动时候需要在驱动电枢的回路电阻内同时进行两个启动回路电阻的有效串入，以此方法来最终达到有效限制电机启动时电流的安全目的。

通过回路电阻有效的电流限制和作用充分发挥，电机实际启动的电压便会相应明显得降低。

这样，电流安全限制电机的研发目的最终得以顺利实现。

在电枢回路当中直接串入启动保护电阻由于这种保护方法比较具有技术简单性，且运行可靠性相对比较的突出，因此在中国目前的相关实践应用工作与开展情况中，这种保护方法还获得到了更广泛程度的普遍使用。

（3）直流接触器的线圈问题。

对于目前所有的CZ0系列接触器线圈来说，都是只需要极短时间就通完电开始运行即可使用了的，因此在被当做一个长时间未启动运行用的接触器时，其线圈也是绝不能出现完全地烧毁，所以，在接触器的起动工作时间即将结束后，应要尽快在给没有启动运行用的接触器线圈上串通贴入上了一个容量约是在150W，1000Ω左右的保护电阻，防止其出现线圈全部被烧毁事故。

四、发电厂直流电机的启动控制出现异常的原因及处理实例分析
某中型发电厂在一台1号发电机组和两台5号机组中向各号机组上安装并配置了两台各装1台柴油主机的三相直流油泵电机，由上海南洋公司厂所生产，型号规格分别为ZBL4-180-21，功率等级分别为交流最大功15千kW，额定输入电流等级范围为交直流三相76千伏单相A，额定电动机最大输入转速等级范围均为额定转速范围2950以上的r/min。

机组设备在机组运行与检修工作期间一般只能开机作为本机组启动备用，但却可以作为每月连续或每年定期的循环停机启动设备停机一次。

一次故障是发生在对3号机组厂房内所有的配电主机和直流油泵电机例行试启检查，在启动油泵电机时，主泵电机接触器线圈上出现了连续反复发生的线圈吸合与线圈抖动现象等异常现象，电机控制器的启动控制程序异常。

随后再由电气专业组工作人员进行现场对主机控制回路的接线部分进行最后一次认真彻底详细地全面检查，发现主电机线圈绝缘检查完全合格，电机定子主励磁绕组、电枢绕组中的正直磁阻线检查全部正常无误；但在主机内的高压直流油泵断路器之所以经常在泵定期正常启动及工作状态时就突然间出现了主接触器频繁的跳闸动作且油泵断路器每次最终断开都会不能自动再做正常的合闸保护动作这是由于主要系由于高压油泵正常启动并工作状态时电压值骤然过低而引起的和断路器在突然切除直流油泵断路器启动的保护动作电阻值后从而引起保护电压值突然降低。

（1）直流油泵启动电压过低的原因分析。

假设直流母线为无穷大直流电源系统，电压为U，电缆电阻为RL，直流电机电枢电阻R1，启动电
阻为Ra，直流电机电枢反应反电动势为E（E=C×n×Φ，其中C为电机固定系数，n为电机转速，Φ为电机磁通）。

启动控制回路如图1所示。

假设电机电枢和启动电阻两端电压为UX（即录波电压），则有：U=UL+UX=220V（1）；又知录波电压满足公式（2）：UX=U1+Ua+E；故可得：UX=（U-E）·（R1+Ra/R1+Ra+RL）+E（3）
由上式可知，在启动瞬间E=0且R1为常数，则启动电阻Ra越大、电缆电阻RL越小，启动瞬间的电压越大。

因此，启动电压过低的原因是电缆电阻太大或启动电阻太小。

根据以上分析，由于直流电机启动时总电阻太小，启动电流过大，导致电机启动过程中电压降低，并且由于启动电阻太小，电源柜内分压UX较低，当其低于接触器返回电压时，会导致接触器抖动合闸不成功。

（2）电厂直流油泵电机启动异常的故障处理措施。

针对电机启动异常的问题，解决方法有以下2个：一是并联一根动力电缆，以达到减小电缆电阻RL的目的。

但此方法投资大，耗费人力多，而且效果不一定明显。

增大启动电阻。

此方法不会增加新的投资，只需将启动电阻改接。

图2为启动电阻连接片示意图，只需接入不同的端子，即可调节启动电阻的大小。

由3～5号机组的主机直流油泵启动录波分析，只需将现有的1片电阻增加为4片电阻，即可达到预期目的。

图2、直流油泵电机启动电阻接线图
计算过程如下：
单根电缆电阻如公式（4）所示：RL=ρL/S（4）
其中，ρ=0.0175Ω·mm2/m（铜）；L=100m；S=25mm2。

故电缆总电阻可计算为：RL总=（0.0175×100/25×2=0.14Ω（5）
改接后总启动回路电阻（电枢电阻R1太小，可略去不计）：
Ra=（1.1/20×4=0.055×4=0.22Ω（6）
则电源刀闸电压（即录波电压）为：UX=U·（R1+Ra/R1+Ra+RL）=220×0.22/（0.14+0.22）
=134V（7）
从以上计算结果分析，改接后启动电压应在134V左右，高于接触器的返回电压110V，可以避免接触器的合闸抖动，此方法可行。

3～5号主机直流油泵调整启动电阻后的实际录波电压分别为：128V、143V、130V，均高于接触器的返回电压110V，从改接后至今均未再出现接触器抖动情况，证明改造是成功的。

五、结语
综上所述，作为发电厂系统上的每一台的重要的主辅机设备，直流电机组系统可以保证全面和保障在火电机组系统短起停发电及短备用发电运行期间运行的火电各发电机组系统及连续发电机运行系统工作的运行可靠性。

尤其是在出现当汽油泵类直流电机长时间运行中出现电机起动的故障情况出现后，更是须首先要考虑从第一时间出发采用各种故障的录波等处理检测手段，全面细致系统详细地全面核对、分析该电动机及其控制各回路系统参数和电动机相关控制各主要控制功能元件，逐一地全面系统地排查清楚了可能引起启动该台电机故障原因发生的各个主要可能原因，并将着重地对该电机故障启动故障时控制回路问题可能提出各种解决处理技术方法对策措施等进行全面进行了分析，以期为各位同仁的实践工作提供借鉴。

参考文献
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