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摘要：本文阐述了发电厂直流电机启动原理及注意问题，并通过实例对发电厂直流电机启动异常问题的原因及处理对策进行了探讨，以供参考。
关键词：发电厂直流电机；启动异常；处理对策
在火力发电系统运转中，广泛使用的备用蓄电池组动力系统中，所配备的直流电动机，在断电情况下为维持发电机组油润滑功能。需要迅速投入备用电源。但由于直流电动机直接启动时，所需电流是额定电流的6-8倍，对备用蓄电池组冲击较大。及易造成电动机线圈烧埙、损坏充电器、电路由于电流过大导致断路，出现这些现象时无法使设备正常运行。本文阐述了发电厂直流电机启动原理及注意问题，并通过实例对发电厂直流电机启动异常的原因及对策进行了探讨，以供参考。
一、发电厂直流电机的启动原理
与交流电机一样，直流电机启动时，也应符合两个基本要求：一是要有足够大的启动转矩；二是启动电流不能超过安全范围。直流电机在启动的瞬间，转子还未转动，反电势尚未建立（E=0），即在额定电压下直接启动，此时启动电流为Ist=U/Ra。由于直流电机电枢绕组的电阻Ra很小，因此启动电流Ist非常大，一般高达额定电流In的10～20倍，严重超过了电机换向的启动电流要求。同时，电枢电流过大必然产生较大的启动转矩，使电动机及其拖动的机械突然遭受巨大的冲击，从而损坏电机、传动机构及生产机械，因此，必须对启动电流的大小加以限制。一般采取在电枢电路内串接启动变组器（多级启动）的方法限制启动电流，使得启动电流Ist=（1.5～2.5）In。
二、发电厂直流电机的启动控制应注意问题
（一）直流电机的接线
发电厂一般采取并激式直流电机，其电枢端子为H1和H2并激式绕组的端子为B1和B2，它的接线方式是H1并接B1后接直流电源的正极，H2并接B2后接直流电源的负极。
（二）降低直流电机的起动电流
一般除了小于4KW的直流电机可以直接起动外，所有的直流电机的起动都应把起动电流降到电机的额定电流的2倍以下。要降低起动电流，一般要在电机起动时，在电枢回路内，串入起动电阻来限制起动电流或在电机起动时，降低电机的起动电压来限制起动电流。由于在电枢回路中串入起动电阻，使用设备简单，经济可靠，所以被普遍采用。对于220V、11KW的直流电机：直流电机的额定电流：Ie=11000/220=50（A）；估计额定运行时的内阻压降约为8%的额定电压，那么直流电动机的内阻：Rs=0.08ⅹ220/50=0.352（Ω）；电动机直接起动电流：IQ=220/Rs=220/0.352=625（A）；直接起动电流是电动机额定电流的2倍多，足以损坏电枢绕组。当串联一级3Ω的电阻进行起动时，电动机的起动电流：IQ1=220/（Rs+0.352）=220/（3+0.352）=65（A）该起动电流既可以达到起动要求，又达到了降低电流的目的。
三、发电厂直流电机的启动控制出现异常问题及处理对策实例分析
某发电厂1～5号机组各安装了1台主机直流油泵电机，由上海南洋公司生产，型号为ZBL4-180-21，功率为15kW，额定电流为76A，额定转速为2950r/min。运行方式设置为：机组运行期间作为备用，但每月定期启动一次。一次在对3号机组的主机直流油泵电机例行试启检查，在启动时，主接触器出现了反复吸合抖动现象，电机启动异常。随后电气专业组对控制回路进行彻底检查，在检查期间曾更换1个新接触器进行现场试启（拆下的接触器经检查与新接触器参数相同，其吸合电压为130V，返回电压为110V），在接触器吸合抖动几下之后，接触器自保持，电机试启成功且能够平稳运行，可以判定电机完好。后进行远方操作，但主接触器反复吸合抖动，仍然不能正常启动。在启动过程中，用数字式万用表测量就地控制柜的母线电压，发现电压在启动时最低为110V。为进一步确认启动过程中就地控制柜的直流电源电压下降的原因，专业组决定对1～5号主机直流油泵电机的启动电压进行录波。对比1～5号发电机主机直流油泵启动过程的录波图可知，在电机启动时，进线电压均有不同程度的降低，其中3号主机直流油泵电机的降幅最大，降至81V（仅为启动前电压的1/3），降幅达155V，而其他电机的进线电压的最小降幅也有100V左右。因此，在直流电机启动过程中，进线电压明显降低为其共性问题（1～5号发电机的进线电压依次为120V、139V、81V、96V、92V）。启动时电压为最低点，随后逐渐上升至一定值，启动接触器1C动作切除启动电阻，电压会有不同程度的下降，最后逐渐上升至额定电压值。针对电机启动异常的问题，通过增大启动电阻的方法解决。此方法不会增加新的投资，只需将启动电阻改接。图1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。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號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。
四、结语
总之，直流电机作为发电厂的重要辅机设备，可以保障机组停备用期间各系统运行的可靠性。尤其当汽、机油泵类直流电机出现故障后，更要第一时间采用故障录波手段，全面核对、分析控制回路和各元件，逐一排查引起电机故障的可能原因，不断改进结构和工艺流程，保证直流电机的正常工作。
（作者单位：江西省丰城市江西赣能股份丰城二期发电厂）
参考文献
[1]陈启卷.电气设备及系统[M].北京：中国电力出版社，2006.66-68.
[2]许建国.电机与拖动基础[M].第2版.北京：高等教育出版社，2009.101-102.
[3]陈隆昌，阎治安.刘新正.控制电机[M].第3版.西安：西安电子科技大学出版社，2003.33-36.
关键词：发电厂直流电机；启动异常；处理对策
在火力发电系统运转中，广泛使用的备用蓄电池组动力系统中，所配备的直流电动机，在断电情况下为维持发电机组油润滑功能。需要迅速投入备用电源。但由于直流电动机直接启动时，所需电流是额定电流的6-8倍，对备用蓄电池组冲击较大。及易造成电动机线圈烧埙、损坏充电器、电路由于电流过大导致断路，出现这些现象时无法使设备正常运行。本文阐述了发电厂直流电机启动原理及注意问题，并通过实例对发电厂直流电机启动异常的原因及对策进行了探讨，以供参考。
一、发电厂直流电机的启动原理
与交流电机一样，直流电机启动时，也应符合两个基本要求：一是要有足够大的启动转矩；二是启动电流不能超过安全范围。直流电机在启动的瞬间，转子还未转动，反电势尚未建立（E=0），即在额定电压下直接启动，此时启动电流为Ist=U/Ra。由于直流电机电枢绕组的电阻Ra很小，因此启动电流Ist非常大，一般高达额定电流In的10～20倍，严重超过了电机换向的启动电流要求。同时，电枢电流过大必然产生较大的启动转矩，使电动机及其拖动的机械突然遭受巨大的冲击，从而损坏电机、传动机构及生产机械，因此，必须对启动电流的大小加以限制。一般采取在电枢电路内串接启动变组器（多级启动）的方法限制启动电流，使得启动电流Ist=（1.5～2.5）In。
二、发电厂直流电机的启动控制应注意问题
（一）直流电机的接线
发电厂一般采取并激式直流电机，其电枢端子为H1和H2并激式绕组的端子为B1和B2，它的接线方式是H1并接B1后接直流电源的正极，H2并接B2后接直流电源的负极。
（二）降低直流电机的起动电流
一般除了小于4KW的直流电机可以直接起动外，所有的直流电机的起动都应把起动电流降到电机的额定电流的2倍以下。要降低起动电流，一般要在电机起动时，在电枢回路内，串入起动电阻来限制起动电流或在电机起动时，降低电机的起动电压来限制起动电流。由于在电枢回路中串入起动电阻，使用设备简单，经济可靠，所以被普遍采用。对于220V、11KW的直流电机：直流电机的额定电流：Ie=11000/220=50（A）；估计额定运行时的内阻压降约为8%的额定电压，那么直流电动机的内阻：Rs=0.08ⅹ220/50=0.352（Ω）；电动机直接起动电流：IQ=220/Rs=220/0.352=625（A）；直接起动电流是电动机额定电流的2倍多，足以损坏电枢绕组。当串联一级3Ω的电阻进行起动时，电动机的起动电流：IQ1=220/（Rs+0.352）=220/（3+0.352）=65（A）该起动电流既可以达到起动要求，又达到了降低电流的目的。
三、发电厂直流电机的启动控制出现异常问题及处理对策实例分析
某发电厂1～5号机组各安装了1台主机直流油泵电机，由上海南洋公司生产，型号为ZBL4-180-21，功率为15kW，额定电流为76A，额定转速为2950r/min。运行方式设置为：机组运行期间作为备用，但每月定期启动一次。一次在对3号机组的主机直流油泵电机例行试启检查，在启动时，主接触器出现了反复吸合抖动现象，电机启动异常。随后电气专业组对控制回路进行彻底检查，在检查期间曾更换1个新接触器进行现场试启（拆下的接触器经检查与新接触器参数相同，其吸合电压为130V，返回电压为110V），在接触器吸合抖动几下之后，接触器自保持，电机试启成功且能够平稳运行，可以判定电机完好。后进行远方操作，但主接触器反复吸合抖动，仍然不能正常启动。在启动过程中，用数字式万用表测量就地控制柜的母线电压，发现电压在启动时最低为110V。为进一步确认启动过程中就地控制柜的直流电源电压下降的原因，专业组决定对1～5号主机直流油泵电机的启动电压进行录波。对比1～5号发电机主机直流油泵启动过程的录波图可知，在电机启动时，进线电压均有不同程度的降低，其中3号主机直流油泵电机的降幅最大，降至81V（仅为启动前电压的1/3），降幅达155V，而其他电机的进线电压的最小降幅也有100V左右。因此，在直流电机启动过程中，进线电压明显降低为其共性问题（1～5号发电机的进线电压依次为120V、139V、81V、96V、92V）。启动时电压为最低点，随后逐渐上升至一定值，启动接触器1C动作切除启动电阻，电压会有不同程度的下降，最后逐渐上升至额定电压值。针对电机启动异常的问题，通过增大启动电阻的方法解决。此方法不会增加新的投资，只需将启动电阻改接。图1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。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號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。
四、结语
总之，直流电机作为发电厂的重要辅机设备，可以保障机组停备用期间各系统运行的可靠性。尤其当汽、机油泵类直流电机出现故障后，更要第一时间采用故障录波手段，全面核对、分析控制回路和各元件，逐一排查引起电机故障的可能原因，不断改进结构和工艺流程，保证直流电机的正常工作。
（作者单位：江西省丰城市江西赣能股份丰城二期发电厂）
参考文献
[1]陈启卷.电气设备及系统[M].北京：中国电力出版社，2006.66-68.
[2]许建国.电机与拖动基础[M].第2版.北京：高等教育出版社，2009.101-102.
[3]陈隆昌，阎治安.刘新正.控制电机[M].第3版.西安：西安电子科技大学出版社，2003.33-36.