海洋工程船推進(jìn)電動機(jī)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(jìn)電動機(jī)啟動方案見表1。根據(jù)電動機(jī)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(jī)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(jī)通過傳動軸系帶動主推進(jìn)器(可調(diào)槳)，并通過離合器帶動軸帶發(fā)電機(jī)，在進(jìn)出港工況下，在保證船舶重要設(shè)備和航行安全設(shè)備正常供電的情況下，一臺軸帶發(fā)電機(jī)應(yīng)能同時帶動艏側(cè)推和艉側(cè)推各一。此時側(cè)推電動機(jī)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(jìn)系統(tǒng)，由主推電動機(jī)帶動主推進(jìn)器(定距槳)，兩個3500kW主推電動機(jī)采用變頻器啟動。
2實例分析
以下是大功率推進(jìn)電動機(jī)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(jìn)方式，共有4臺主柴油發(fā)電機(jī)組(AC690V，1600kW)，1臺輔助發(fā)電機(jī)(AC690V，600kW)，2臺主推進(jìn)大功率電動機(jī)(AC690V，2000kW)。原設(shè)計中主推進(jìn)電動機(jī)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(jī)軟啟動柜的電流達(dá)到4400A，電動機(jī)轉(zhuǎn)速只能達(dá)到583r/min，無法達(dá)到額定轉(zhuǎn)速992r/min，不能正常啟動，而且主配電板上主推進(jìn)開關(guān)長延時動作脫扣。按照主推電動機(jī)啟動器技術(shù)協(xié)議的要求，啟動電流應(yīng)該小于1．5倍額定電流，即1．5×1860A=2790A，啟動4000A遠(yuǎn)大于2790A，而且此時軟啟動柜無法帶動電動機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。同時，3臺發(fā)電機(jī)在網(wǎng)供電，不符合工況要求。對連續(xù)工作制的電動機(jī)的保護(hù)電氣器，應(yīng)保證電動機(jī)在超載情況下有可靠熱保護(hù)的延時特性，其最大持續(xù)電流，應(yīng)不超過被保護(hù)電動機(jī)額定電流的125%。主配電板上主推進(jìn)開關(guān)長延時動作值2250A，即1．21×1860A=2250A，延時20s。
現(xiàn)場服務(wù)工程師在現(xiàn)場使用專業(yè)儀器測量電流，反復(fù)修改程序并對右舷主推進(jìn)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(shè)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(jī)固有的機(jī)械特性、推進(jìn)器的機(jī)械特性，以及未全面考慮整個電力拖動系統(tǒng)，導(dǎo)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(dǎo)通角，即相控來減小其輸出電壓，限制電動機(jī)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(dāng)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(jī)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(jī)定子繞組的供電頻率來提高電動機(jī)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(jī)的端電壓和啟動電流。
為保證本船能繼續(xù)進(jìn)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(shè)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(jī):K1和K2同時合閘，當(dāng)左推電動機(jī)M1轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之后K1和K2分閘，旁路開關(guān)QF1合閘;接著K3和K4同時合閘起動右推電動機(jī)M2運行至額定轉(zhuǎn)速后分閘，旁路開關(guān)QF2合閘。臨時變頻柜僅在電動機(jī)啟動時工作，完成啟動后仍然由軟啟動柜控制電機(jī)，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(jìn)線電源輸入A、B、C，當(dāng)充電接觸器K3合閘時，進(jìn)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(jī)相連;K2合閘變頻器拖動電動機(jī)起動，待電動機(jī)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(jī)的變頻啟動過程。采用變頻啟動方式后，兩臺發(fā)電機(jī)在網(wǎng)供電可以實現(xiàn)主推電動機(jī)的啟動。調(diào)試后，左推電動機(jī)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(guān)電流500A，主配電板主推進(jìn)上電流為541A，滿足啟動性能要求。右推進(jìn)電動機(jī)啟動性能類似。
3結(jié)論
在海洋工程船的推進(jìn)電動機(jī)啟動方面，側(cè)推電動機(jī)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(jìn)系統(tǒng)的主推進(jìn)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(shè)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(zé)任公司海工裝備設(shè)計公司
