瓦锡兰侧推电机启动失效分析.docx

瓦锡兰侧推电机启动失效分析和二步启动施才忠瓦锡兰推进装置无锡有限公司 瓦锡兰侧推电机启动失效分析和二步启动摘要:文章分析了瓦锡兰 MP00963 侧推电机启动失效的原因，并提出解决方案关键词：发电机，电机，启动，自耦变压器，电流一. 大容量电机启动，考虑供电电源(发电机) 的容量和压降,，通常减少启动电流,提高启动转矩，采用降压启动（星三角启动，自耦变压器启动，有的也采用软启动和变频启动）本例讲的是新加坡 Marine ST, Benoi yard，军船 618，我司侧推配置是左右舷首侧推电机 1000KW，440V，60HZ. 左右舷尾侧推电机 420KW，440V,60HZ 都采用自耦变压器启动船试航时，发现首侧推电机在启动时隔离开关不停的吸合断开，后来发现接触器和自耦变压器烧坏1.系统元件参数如下:1.1 电机型号:YL500-6 440V/1000KW/60Hz 1604A Is/In=7.0;Ts/Tn=0.7;Tm/Tn=1.8;PF=0.86 J=50Kg.m² 电机形式试验相关数据：堵转电流 8536A;满载输入功率 1034KW;满载电流1605A;满载转矩 7999N.m;堵转电流倍数 5.32，堵转转矩 6162n.M1.2 发电机型号：LSA 52.2 S55/4p-1500KVA-440V-1800rpm 1968A/440V/60HZ。

电压精度：1% ;启动电机功率因数在 0 到 0.4 之间，15%的压降最大容量为 1201KVA即启动电流应 s I’2≈ sIst𝑈1𝑆𝑄𝑇((𝑅1+𝑅𝑟’𝑠)2+(𝑋𝜎1+ 𝑋'𝜎2)2) 𝑆𝑈1𝑆𝑄𝑇((𝑆𝑅1+𝑅𝑟')2+(𝑆𝑋𝜎1+ 𝑆𝑋'𝜎2)2)MemG= =CmФmI2’COSФ2𝑚1𝑝𝑈1²𝑅𝑟’𝑠2𝜋𝑓1((𝑅1+𝑅𝑟’𝑠)2+(𝑋σ1+ 𝑋'σ2)2)2) 失效分析：TN=9550XP/n=8025N.m T 堵转=6161n.M Tst / TN=0.77（GD 2 负载 + GD2 电机 ）×27.7×（额定转速/100 ） 2启动时间=额定功率×（Tst/Tn－Tz）×10 3GD2 负载 =10×4=40 GD2 电机= 50×4=200 额定转速 N=1190 额定功率 P=1000KW启动转矩倍数 Tst/Tn=0.77/×电压抽头变比 2（按实际 49%抽头接线计算）=0.184平均阻力矩 Tz=0.08(=0.01+1200/7999)（见下面瓦锡兰负载曲线表）依据以上数值，最终的启动时间≈9.2S，故按照计算在 10 秒后应能达到额定转速，但实际情况为在 10 秒后仍为 815rpm 左右。

可能是启动时的压降所致下图（仅供参考）是电机启动转矩/速度和电流/速度 曲线 (取自型式试验报告)Ist=8536A 0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 120001000200030004000500060007000800090001000002200440066008800110001320015400176001980022000n(min-1)I(A)T(Nm)43%/46%/100%抽头和侧推负载转速/转矩曲线(取自型式试验报告)0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 120005501100165022002750330038504400495055000550110016502200275033003850440049505500n(min-1)T(Nm)CT175M第一步 10S 启动结束转速只有 815RPM,而 5Q1 转换后引成大电流和高电压降, 说明电机没有达到理论转速,原因是电压降引起电机启动转矩不足，小于负载转矩，在升速曲线上的某一点徘徊这里是 815RPM，此时电磁转矩SIst=0 .3208X1604X7=3607A （实际为 5000~6000A）启动容量>1.732X440X3607=2749KVA>1201KVA(ΔU=15%,cosФ=0~0.4)启动电流大于 3607A.发电机外特性曲线如下:V 感性负载电阻负载Un 容性负载 0 In I 全压启动超过发电机允许的冲击容量，发电机电压降迅速增大，线路电压突降，5Q1 失压线圈跳开。

电机再次启动, 如此循环, 启动元件 (5Q1, 5T4, 7K3/5) 承受不了持续的大电流（包括变压器和电机的冲击电流）而烧坏c) 二步启动原理：1.电机理论启动容量 >1.5X1604x440X1.732=1833.6KVA,而本发电机 LSA 52.2 S55 / 4p 电机启动电压降 15%时，（电机启动功率因数在 0 到 0.4 之间），允许的最大冲击容量为1201KVA1200n.M(Tload max),电机已经能够在第二个 10S 中能接近或达到全速（1190RPM）只是电磁力矩没有达到额定而已如果抽头转为全压，电流不会太大于额定电流下列因数为未知：a) 现场 43%/46%/49%电压下启动时发电机电压降为多少？b) 一步启动后电动机转速能达到多少？c) 转为全压启动时电动机电流为多少？此时发电机电压降是多少？由于现场的情况我们无法预估，而交期临近，由于船厂现场调试时在 46%抽头时电机第一步也能够启动，我们只能在自耦变压器上抽头 43%，46%49%/60% ，65%，70%，供现场调试时多几种选择同时考虑到发电机不止供应首侧推电机电源，可能电机启动中压降会再次低于 300V，于是在控制回路中增加了 7K9 防失电重启继电器，防止电机启动中压降过大 5Q1 跳开后，电机重新启动。

两步启动柜的防失电重启控制回路和动力部分原理图如下：三：二步启动柜大接触器容量设计遗漏1. 新加坡试车过程中又发现问题，见下表项目 步数 抽头数 一次侧电流该步时间 转速 异常第一步 46% 1300A 10S 600n/m第一次启动 第二步 70% 3200A 3S二步接触器 7K3II 冒烟,第一步向第二步转换过程中 7K3I 打火第一步 46% 1300A 10S 600n/m第二次启动 第二步 65% 2700A 6S 1200n/m二步接触器 7K3II 断电不能释放，1 相触点烧融在一起,第一步向第二步转换过程中 7K3I 打火该二步启动柜设计接触器型号接触器代码 7K3 7K3I 7K3II 7K5接触器型号 AF580 AF580 AF460 7K5802.二步启动柜接触器 7K3II 触点烧融原因:步数 抽头比实际电流（一次/二次/星点）7K3/AF580 10S 短时电流7K3I/AF460010S 短时电流7K3II/AF46010S 短时电流7K5/AF58010S 短时电流46% 1300/2826/1526 6400 OK 4400 OK 6400 OK149%65% 2700/4152/1246 6400 OK 4400≈4152 critical 6400 OK270% 3200/4571/1371 6400 OK 44001854A,其发电机压降会超过 15%)。

7K3I, 7K3II改成 AF580 和 AF750. 3.1 设计容量如下表项目 第一步 第二步抽头 43% 46% 49% 65%7K3/AF580 1716A/272%7K3I/AF580 3731A/71%7K3II/AF750 0A/计算电流触点余量（Δu=15%）7K5/AF580 2014A/217%7K3/AF580 No 1300A/392% 2700A/7K3I/AF580 No 2826A/126% 0A/7K3II/AF750 No 0 4153A/实际电流触点余量7K5/AF580 No 1526A/319% 1246A/计算速度 由于电机，发电机，负载情况不明，不能计算实际速度 600n/m 1200n/m每步计算时间 6S(600n/m),14S(700n/m)每步实际时间 10S发电机计算压降 约为 15%发电机实际压降 12%电流计算公式:IY=I2 -I1 I2= I1 /K Ist=InX7 3.2 转速和启动时间计算：第一步启动：初级电流 1300A，启动电流倍数 Kq =7 IN=1604A I 堵转=8536AT 堵转=6161n.M根据 I ST=（△U%） 2 *Kq *IN → 电压为 39%UN → 电网压降为 7%启动转矩 = （39%） 2 * TN = 937 N.m 达到 600 rpm 所需要的时间 = π n J/30T arn----转速， J----转动惯量， T ar-----启动动态转矩J = （电机转动惯量+负载转动惯量）2)(1kIst直 接电机转动惯量 50 kgm2 (见图) 负载转动惯量 10 kgm2 （见瓦锡兰负载转矩曲线）Tar = （启动转矩 — 负载转矩）负载 600 rpm 时转矩为 500 N.m所以 到达 600 rpm 时间为 8.6 秒 → 10 秒所能达到转速为 695 rpm（如果把机械损耗考虑进去，10 秒达到的转速应为 600 rpm ）从理论上说只要启动转矩 ＞ 负载所需要转矩 且没有达到额定,转速可以一直上升以此为例：启动转矩 937 N.m ＞ 负载 950 rpm 时转矩 900 N.m 转速达到 900 rpm 所需要的时间为 186 秒。

四．结论：事实证明这次更改是成功的，现在军船 618 已经试航成功注: 以上计算数据仅供参考, 可能与实际略有出入.)。