高压电动机工程配电设计

供电电源：

1.我国输配电网络中的电压等级

2.电网中各电压等级变电所的容量

变电所主变压器设置参考表 表2

3.电网对用户供电的一般规定

上海市电力公司对用户供电的规定为：

a.低压供电(非居民用户)：

用户单相用电设备总容量10kW及以下的，可采用低压单相220V供电。

用户用电设备容量在350kW以下或最大需量在150kW以下的，采用低压三相四线380V供电。

b.10kV供电：用户受电设备总容量在6300kVA以下的，采用10kV供电。

c.35kV供电：用户受电设备总容量在6300kVA至40000kVA的，采用35kV电压供电。

d.110kV及以上供电：用户受电设备总容量超过40000kVA的，采用110kV及以上电压供电。

e.供电容量的界限在特殊情况下，可作适当变动。

高压电动机配电的典型结线：

1.10KV电源10KV直配电机结线：

2.10KV电源6KV电机结线：

3.35KV电源10KV（6KV）电机结线

高压电动机电压等级的确定：

1.常用电动机的电压等级及容量范围：

低压电动机：≤280KW；高压电动机：≥220KW。

2.通过经济比较确定高压电动机的电压：

高压电动机电压等级的确定，应该根据不同的容量，经济合理为原则，目前市场上2.3KV、3.3KV、6.3KV、10KV等级的高压电动机其容量范围在中小容量部分基本重叠，通常低压电动机（380V）上限为280KW，高压电动机下限为220KW，因此，大于220KW的电动机，可选择2.3～10KV的任意等级，但为电动机供电和控制的开关柜及其配套设备，目前国内基本为6KV和10KV，所有，高压电动机的电压选择，通常为6KV和10KV二个等级的选择。

如果选用10KV等级的电动机，相应设备校6KV可能出现变化的是：

电动机—费用增加。

高压开关柜—费用略有增加。

高压电缆—费用略有上下（绝缘提高，费用增加；截面减小，费用降低）。

起动设备（如果需要）—费用增加。

损耗（运行费用）—降低。

通过这些方面的比较，一般情况下，6KV具有校明显的优势，另外，目前国内6KV电动机生产厂家较多，技术也校成熟，选用6KV电动机应该比较合理，但是，由于我国已经取消了6KV的输电网络，对于需要高压电动机的用户（工程），有相当多的电源电压为10KV，因此，选用6KV高压电动机，需要设置10/6KV主变压器，高压系统大大复杂，土建费用增加，损耗增加，维护费用等均相应增加，与这些因素通盘考虑，往往10KV电动机具有校好的经济性。

根据长期设计的经验，一般10KV供电的工程，采用10KV电动机较合理，35KV及以上供电的工程，宜采用6KV电动机。

3.电力部门对高压电动机的限制

10KV供电的工程，采用10KV电动机校合理，前提是电动机由10KV电网直配，即10KV电动机通过开关及保护设备，直接挂在电网上，因此当地供电部门为了其电网的安全，可能提出异议，或者提出增加起动设备等要求。因此，是否采用直配电机，还需考虑当地供电部门的要求。

4.业主的要求

由于考虑问题的不同，习惯的不同，一些业主不愿意采用10KV电动机；有些业主认为目前6KV输电网络已淘汰，不愿意采用6KV配电设施，因此不愿意采用6KV电动机。

5.大型民用建筑中采用高压电机的设计思路

大型民用建筑如果采用35KV电源且需要采用高压电动机，原则同工业建筑，以经济性作为选择的基础，但应该兼顾运行、维护和备品备件兼容性等因素，因此在经济技术相差不大的情况下，优先采用10KV。

具体考虑如下：

高压电动机容量占绝大多数，其他负荷容量相对较小，可以采用6KV等级；

二者容量均较大，采用一组（二台）变压器不够的情况，可考虑采用6KV和10KV二个电压等级，也可考虑均采用10KV等级；

高压电动机容量较小，或二者容量校小，建议采用10KV等级。

采用10KV电机，主要有以下优点：

⑴配电系统简化，系统更可靠；造价、运行费用相应降低；如果采用6KV电动机，往往需要10KV、6KV二个系统，设备可能增加30％以上，相应的土建造价和设备造价增加；维修费用增加。

⑵有利于电动机起动：

10KV系统容量往往比6KV大，而同样功率的电动机10KV电流小，因此有利于电动机的起动，可能因此可以采用直接起动而不需要减压起动设备。

⑶减少损耗：电动机电流小，相应线路损耗降低。

电动机起动：

1.直接起动：直接起动，是指电动机起动时，直接加载全额电压的起动方式，是最经济和可靠的起动方式，因此，规范首先推荐直接起动。

如：《泵站设计规范》GB/T50265

“10.5.1 机组应优先采用全电压直接起动方式，……”

《通用用电设备配电设计规范》GB50055

“第2.3.3条笼型电动机和同步电动机起动方式的选择，应符合下列规定：

一、当符合下列条件时，电动机应全压起动：

1.电动机起动时，配电母线的电压符合本规范第2.3.2条的规定：

2.机械能承受电动机全压起动时的冲击转矩；

3.制造厂对电动机的起动方式无特殊规定。”

但是，电动机的起动电流，一般高达额定电流6倍以上，如此大的电流，必将使电网受到冲击，产生瞬时的电压降，为了保证电网质量，防止其他用电设备受到伤害，我国所有有关规范都对电动机起动允许的压降作了规定。

如：《通用用电设备配电设计规范》GB50055

“第2.3.1条 电动机起动时，其端子电压应能保证机械要求的起动转矩，且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作。

如：第2.3.2条 交流电动机起动时，配电母线上的电压应符合下列规定：

一、在一般情况下，电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的90％；电动机不频繁起动时，不宜低于额定电压的85％。

二、配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷，且电动机不频繁起动时，不应低于额定电压的80％。

三、配电母线上未接其他用电设备时，可按保证电动机起动转矩的条件决定；对于低压电动机，尚应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。”

因此，不能满足上述要求的电动机，必须采取措施。

2.电抗器起动

电抗器起动，是一种在主回路（定子回路）串接阻抗，以降低电动机端子电压，从而限制起动电流的一种降压起动方式。

需要增加的设备：电抗器一个、高压开关（柜）一台、旁路电缆若干。

优点：其特点是设备简单，控制方便；

缺点：起动电流较大，起动转矩较小。

原理图：

3.自耦减压起动

自耦减压起动，是一种在主回路接自耦变压器，定子回路接自耦变压器抽头，以降低电动机端子电压，从而限制起动电流的一种降压起动方式，由于变压器的作用，电动机定子回路的电流（起动电流）大于主回路电流。目前国内较多应用于低压电动机。

需要增加的设备：自耦变压器一个、高压开关（柜）一组、旁路电缆若干。

优点：起动电流相对较小，起动转矩相对较大；

缺点：设备复杂，价格高，起动转矩仍然小于直接起动。

原理图：

4.软启动：是一种在主回路串接可控功率元件装置，无级调节起动电流，通过预设起动电流，从而达到平稳起动的一种降压起动方式。

需要增加的设备：软起动装置一套。

优点：起动电流可任意设置，起动转矩平稳；

缺点：价格高。

原理图：

以上起动形式均影响起动力矩。

5.频敏变阻器起动软起动

频敏变阻器起动，是一种在转子回路串接频敏变阻器，通过限制转子回路电流，从而降低定子回路电流的一种起动方式。

需要增加的设备：频敏变阻器及其辅助开关一套。

优点：起动转矩大，起动设备电压等级低（通常1000V以下）；

缺点：仅能应用于绕线型电机。

原理图：

功率因数补偿：

1.规范对功率因数补偿的要求：

《供配电系统设计规范》GB50052第5.0.1条供配电设计中应正确选择电动机、变压器的容量，降低线路感抗。当工艺条件适当时，宜采取采用同步电动机或选用带空载切除的间歇工作制设备等，提高用电单位自然功率因数的措施。

第5.0.2条当采用提高自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。当经过技术经济比较，确认采用同步电动机作为无功补偿装置合理时，可采用同步电动机。

第5.0.3条采用电力电容器作为无功补偿装置时，宜就地平衡补偿，低压部分的无功功率宜由低压电容器补偿；高压部分的无功功率宜由高压电容器补偿。容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率宜单独就地补偿。补偿基本无功功率的电容器组，宜在配变电所内集中补偿。在环境正常的车间内，低压电容器宜分散补偿。

2.同步电动机补偿

通过调节同步电动机的励磁电流，可以改变电动机的功率因数，甚至发出无功功率，因此系统中采用部分同步电动机，可以解决功率因数补偿的问题，是以往大、中型电动机的首选，但是，同步电动机造价高，维护工作量大，控制复杂，随着电容器制造技术的发展，目前使用越来越少。

3.电容器集中补偿

通过系统上挂接电力电容器来提高系统的功率因数，是目前常规的功率因数补偿方法，随着电容器制造技术的发展，电容器的故障率和火灾危险性大大下降，但是由于高压开关设备的价格一般比较贵、体积大，目前采用分级自动补偿的情况不多，一般适用于无功功率比较固定的场合，如变压器等。

4.电容器就地补偿

每台电动机的功率因数与负荷率、极数及容量都有关系，一般负荷率越低，极数越多，功率因数越低，负荷越小，功率因数越低，但是，电动机的无功功率主要是消耗在励磁电流上的，随负荷率变化不大，因此，每台电动机的无功功率基本是固定的，确定了电动机，也确定了无功功率，然而，由于系统上一般有多台电动机，电动机运行的不同，系统上要求补偿的无功功率也不同，因此，采用集中补偿往往难以适用，常常出现要么系统功率因数低，要么过补偿。

功率因数就地补偿利用每台电动机无功功率基本固定的特性，通常在每台电动机的接线端子处，并接补偿电容器。采用功率因数就地补偿，一般可将每台机组补偿至0.95以上。

主变压器选择的一些原则：

1.满足负载的需要

主变压器容量的选择，首先满足负载的需要，根据变压器所带的负载的状况，确定计算负荷，工程中，通常变压器负载率选择在80～90％。

2.满足安全供电的需要

采用高压电动机的工程，一般对供电安全性都有要求，我国的供电规范均要求供电系统在发生故障时，必须满足一、二极负荷的供电。当然，不同的行业要求不同，如给水工程中要求，当一路电源或一台变压器故障时，需保证75％的供水量，因此给水工程中如果选用二台主变压器，负荷率一般在70％以下。

3.考虑电费的影响

我国对非居民用户的电费收取采用的是两步电价制，即基本电价和电度电价，其中基本电费是安装变压器装机容量或最大需用量来收取，如果安装最大需要量计算，最大需要量由用户单位申请，但最小不小于装机容量的40％，因此变压器的选择，不宜负荷率过低。

4.考虑变压器的影响

变压器的损耗，可分为铜损和铁损，铜损是指变压器初级和次级线圈的阻抗产生的损耗，铁损是指变压器励磁回路产生的损耗，一般在制造技术相同，材料一致的情况下，变压器铁损由容量确定，容量越大，铁损越大；变压器铜损与负荷率有关，负荷率越低，铜损越小，因此，对于一个工程而言，如果负荷确定，变压器选择过大，铁损大，铜损小，变压器选择过小，铁损小，铜损大，因此，单就变压器损耗而言，应该选择一个最佳容量，但不同的变压器、不同的负荷变化对此都会产生影响，通常情况认为，负荷率50％左右，损耗最小。

目前我国变压器制造业在35KV以下等级的制造水平处于国际领先水平，且竞争激烈，因此对于运行工况特殊，对损耗有特殊要求的工程，可与制造厂联系，特殊设计。