海洋工程船推進電動機的啟動范文
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武昌船舶重工有限公司近年來制造的海洋工程船的推進電動機啟動方案見表1。根據(jù)電動機的功率和電網(wǎng)容量的比例決定采用的啟動方式，三相異步電動機的啟動方式有自耦變壓器(傳統(tǒng)降壓啟動)、軟啟動和變頻啟動3種。表1中的前4種海洋工程船，是由柴油機通過傳動軸系帶動主推進器(可調(diào)槳)，并通過離合器帶動軸帶發(fā)電機，在進出港工況下，在保證船舶重要設備和航行安全設備正常供電的情況下，一臺軸帶發(fā)電機應能同時帶動艏側(cè)推和艉側(cè)推各一。此時側(cè)推電動機啟動一般使用自耦變壓器，對電網(wǎng)波動要求高的可使用軟啟動器和變頻器。深潛水工作母船采用電力推進系統(tǒng)，由主推電動機帶動主推進器(定距槳)，兩個3500kW主推電動機采用變頻器啟動。
2實例分析
以下是大功率推進電動機實船啟動方案的選擇實例。多功能打撈工程支持船采用電力推進方式，共有4臺主柴油發(fā)電機組(AC690V，1600kW)，1臺輔助發(fā)電機(AC690V，600kW)，2臺主推進大功率電動機(AC690V，2000kW)。原設計中主推進電動機為晶閘管軟啟動方式。在現(xiàn)場調(diào)試過程中，左舷主推電動機軟啟動柜的電流達到4400A，電動機轉(zhuǎn)速只能達到583r/min，無法達到額定轉(zhuǎn)速992r/min，不能正常啟動，而且主配電板上主推進開關長延時動作脫扣。按照主推電動機啟動器技術(shù)協(xié)議的要求，啟動電流應該小于1．5倍額定電流，即1．5×1860A=2790A，啟動4000A遠大于2790A，而且此時軟啟動柜無法帶動電動機達到額定轉(zhuǎn)速。同時，3臺發(fā)電機在網(wǎng)供電，不符合工況要求。對連續(xù)工作制的電動機的保護電氣器，應保證電動機在超載情況下有可靠熱保護的延時特性，其最大持續(xù)電流，應不超過被保護電動機額定電流的125%。主配電板上主推進開關長延時動作值2250A，即1．21×1860A=2250A，延時20s。
現(xiàn)場服務工程師在現(xiàn)場使用專業(yè)儀器測量電流，反復修改程序并對右舷主推進行試動車，仍然不能解決啟動問題。通過分析軟啟動柜晶閘管的輸出電壓、電流等試驗數(shù)據(jù)得出，如果采用放寬電流，電流需要放大到6000A左右才有可能正常啟動，但將對實船電力系統(tǒng)造成極大沖擊。問題出在前期，設備廠家僅根據(jù)技術(shù)協(xié)議上的1．5倍額定電流要求來配置軟啟動柜晶閘管，未根據(jù)電動機固有的機械特性、推進器的機械特性，以及未全面考慮整個電力拖動系統(tǒng)，導致系泊試驗中出現(xiàn)問題。
軟啟動是通過改變反并聯(lián)晶閘管的導通角，即相控來減小其輸出電壓，限制電動機的啟動電流。在啟動過程中，通過控制晶閘管的觸發(fā)角α由大變小，使得輸出電壓逐漸增加，見圖2中陰影部分。當α=0°時，晶閘管輸出全電壓。對于該船的電站來說，使用軟啟動方式，主推電動機的啟動電流過大，為減小啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，改用變頻啟動方式。變頻啟動是在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，用逐步提高電動機定子繞組的供電頻率來提高電動機的速度，在頻率改變的同時，電壓也在改變，這種啟動方式也降低了電動機的端電壓和啟動電流。
為保證本船能繼續(xù)進行系泊試驗和航行試驗，采用一臺變頻啟動器和工裝接線箱的臨時方案。啟動原理見圖3。臨時工裝箱內(nèi)設4個斷路器K1～K4，變頻啟動器用于交替起動兩臺主推電動機:K1和K2同時合閘，當左推電動機M1轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速之后K1和K2分閘，旁路開關QF1合閘;接著K3和K4同時合閘起動右推電動機M2運行至額定轉(zhuǎn)速后分閘，旁路開關QF2合閘。臨時變頻柜僅在電動機啟動時工作，完成啟動后仍然由軟啟動柜控制電機，軟啟動柜對外部的接口保持不變。
最終修改方案為將軟啟動柜改為變頻啟動柜，安裝在原來軟啟動柜的位置，所有對外接口保持不變。原理見圖4。進線電源輸入A、B、C，當充電接觸器K3合閘時，進線電源通過中間電阻Rx軟充電;待電壓充至額定值時，輸入接觸器K1合閘，使系統(tǒng)主回路得電;K2為變頻器的輸出接觸器，與電動機相連;K2合閘變頻器拖動電動機起動，待電動機行至額定轉(zhuǎn)速時;K2斷開，旁路斷路器K4合閘，這樣就完成了電動機的變頻啟動過程。采用變頻啟動方式后，兩臺發(fā)電機在網(wǎng)供電可以實現(xiàn)主推電動機的啟動。調(diào)試后，左推電動機啟動過程平穩(wěn)，對電網(wǎng)沖擊較小。穩(wěn)定后，變頻啟動柜上旁路開關電流500A，主配電板主推進上電流為541A，滿足啟動性能要求。右推進電動機啟動性能類似。
3結(jié)論
在海洋工程船的推進電動機啟動方面，側(cè)推電動機以自耦變壓器降壓啟動為主，后期的趨勢是軟啟動和變頻啟動，而電力推進系統(tǒng)的主推進器以變頻啟動為主。3種啟動方式各有優(yōu)劣，可根據(jù)表2并結(jié)合船舶電站的容量和啟動設備的性價比最終決定。
作者：張翠陳立單位：武昌船舶重工有限責任公司海工裝備設計公司
