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  1. 項(xiàng)目背景介紹

  近幾年來，清挖著水道與河川，它可以在不能通航的地方開挖航道和在已有航道中清除沉積的泥沙、垃圾雜物，保持航道應(yīng)有的吃水深度，以便其他船舶順利通過。

   目前，使用較多的是鏈斗式挖沙船。挖沙船的主要電氣設(shè)備有用來拖動(dòng)挖掘鏈條的兩臺(tái)主電動(dòng)機(jī)，主電動(dòng)機(jī)的功率由挖沙船的大小決定，例如2000噸的挖沙船的兩臺(tái)主電動(dòng)機(jī)的功率均為600kW，輔助設(shè)備電動(dòng)機(jī)（包括船上生活用電設(shè)備）的功率總共有300kW左右。挖掘鏈條有幾十噸重，要求同時(shí)起動(dòng)，不論是星三角起動(dòng)還是自耦減壓起動(dòng)方式，起動(dòng)電流都很大，一般起動(dòng)電流是電動(dòng)機(jī)額定電流的5倍左右，并且要求頻繁起/停。眾所周知挖沙船不可能用河岸上的電源供電，船上自帶柴油發(fā)電機(jī)，柴油發(fā)電機(jī)的容量根據(jù)主動(dòng)電機(jī)的功率，再考慮到主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流和其他輔助設(shè)備電動(dòng)機(jī)的容量等因素確定。

  2. 項(xiàng)目目標(biāo)與原則

   柴油發(fā)電機(jī)容量的計(jì)算：

   按主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)尖峰負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)的容量，根據(jù)已知條件可選擇下列公式分別進(jìn)行計(jì)算。

  假定已知用電設(shè)備的額定容量、功率因數(shù)、效率和電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)則發(fā)電機(jī)的最小視在功率（kVA）：
  
     （1）

   式中：k_G --發(fā)電機(jī)綜合過負(fù)荷系數(shù)，取1.5。考慮到因尖峰負(fù)荷造成電壓、頻率降低而導(dǎo)致電機(jī)功率下降和發(fā)電動(dòng)機(jī)允許短時(shí)過載倍數(shù)的綜合系數(shù)。

 --β_max單臺(tái)最大容量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)
 --ρ_max單臺(tái)最大容量電動(dòng)機(jī)的額定容量Kw
 --η_max單臺(tái)最大容量電動(dòng)機(jī)的效率
 --tgφ_max單臺(tái)最大容量電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)角正切值

   如前所述，若不知每臺(tái)用電設(shè)備的功率因數(shù)和效率時(shí)，則可用（2）式近似計(jì)算

    （2）

  式中： S_2g2--按每臺(tái)用電設(shè)備是在功率算術(shù)求和并計(jì)入單臺(tái)最大容量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)在功率（不重復(fù)計(jì)算額定視在功率），計(jì)算發(fā)電機(jī)的最小額定（輸出）式在功率，kVA。

 --S_max單臺(tái)最大容量電動(dòng)機(jī)的額定視在功率，kVA。
 --L_max單臺(tái)最大容量電動(dòng)機(jī)的額定電流

   同樣，只知道每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定功率時(shí)，可用（3）式簡(jiǎn)略地計(jì)算發(fā)電機(jī)的容量：

     （3）

   由上2000噸挖沙船主電動(dòng)機(jī)和輔助設(shè)備數(shù)據(jù)，為簡(jiǎn)化計(jì)，采用（3）式計(jì)算：
  
               

    公式中電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)每次只起動(dòng)一臺(tái)，實(shí)際情況是同時(shí)起動(dòng)兩臺(tái)，因此P_max=1200kw 。由此柴油機(jī)發(fā)電機(jī)的容量為6300kVA，即功率為5000kW柴油發(fā)電機(jī)。

   3. 項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用情況詳細(xì)介紹（詳細(xì)介紹推薦項(xiàng)目的規(guī)劃、實(shí)施與應(yīng)用的詳細(xì)情況，突出項(xiàng)目創(chuàng)新性、重點(diǎn)與難點(diǎn)問題及解決思路等。）

   如用星三角起動(dòng)或自耦減壓起動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流較大，導(dǎo)致所選用的柴油發(fā)電機(jī)的容量過大，實(shí)際上柴油發(fā)電機(jī)容量過大的原因完全為了滿足船上主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)條件，正常運(yùn)行后，主電動(dòng)機(jī)的電流并不大，一般應(yīng)在額定電流一下。因此，減小電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，就可選較小容量的柴油發(fā)電機(jī)，這樣可節(jié)省大量的初始投資，而且正常運(yùn)行中較小容量的柴油機(jī)比容量較大的柴油機(jī)少消耗柴油。

  減少電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的方法由傳統(tǒng)的星三角、自耦減壓起動(dòng)方式，這兩種起動(dòng)方式減小的電流不顯著。現(xiàn)在使用較多的是控制晶閘管導(dǎo)通角的“軟起動(dòng)器”和控制頻率和電壓的“變頻器”來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)，減小電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流。這兩種方法中，軟起動(dòng)器起動(dòng)電動(dòng)機(jī)是用恒頻變壓起動(dòng)，當(dāng)晶閘管導(dǎo)通角角小時(shí)，軟起動(dòng)器輸出的電壓較低，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是50Hz，轉(zhuǎn)差率最大，等于1。由于輸出電壓較低，起動(dòng)電流比星三角、自耦減壓起動(dòng)方式略小，用限流起動(dòng)方式最小也有2.5倍額定電流，而且起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較低，不適用于這種重載起動(dòng)。加大限流的倍數(shù)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩有所改善，但起動(dòng)電流太大也是不可取的。

   變頻器控制輸出的電壓和頻率，改變轉(zhuǎn)子速度和頻率是一種改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步速度的方法，轉(zhuǎn)差率不變，一般可在電動(dòng)機(jī)額定電流下起動(dòng)，而且起動(dòng)轉(zhuǎn)矩在額定轉(zhuǎn)矩以上。因此，用變頻器起動(dòng)挖砂船上的主電動(dòng)機(jī)可大大地減少起動(dòng)電流，船上柴油機(jī)的容量也可根據(jù)變頻器起動(dòng)主電機(jī)的起動(dòng)電流來選取。如2000噸的挖沙船用傳統(tǒng)的星三角、自耦減壓起動(dòng)方式，柴油發(fā)電機(jī)的功率為5000kW，該用變頻器起動(dòng)，柴油發(fā)電機(jī)的功率2000kW足夠。

   4. 效益分析

   （1）小型斗輪式挖沙船的電氣設(shè)備、兩臺(tái)主電機(jī)均為30kW用來拖動(dòng)挖掘鏈條，鏈條就有幾十噸重，要求同時(shí)起動(dòng)，并且是頻繁起動(dòng)。電源為250kVA的柴油發(fā)電機(jī)，耗油45L/h，120kVA耗油23L/h。若用森蘭變頻器驅(qū)動(dòng)，則柴油發(fā)電機(jī)用東風(fēng)，型號(hào)90GF6BTA5.9-G2，功率90/99kW(80/88kW,18.5L/h)，23L/h。節(jié)省油料的數(shù)量很大，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。 

   （2）大型斗輪式挖沙船已經(jīng)用兩臺(tái)SB70G800kW驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)600kW電機(jī)來拖動(dòng)挖掘鏈條，柴油發(fā)電機(jī)2000kW，油耗為180kg/h，若不用變頻器，柴油發(fā)電機(jī)組要用到5000kW以上。采用森蘭變頻節(jié)能技術(shù)后，每小時(shí)的節(jié)油量超過200kg，（8.00元/L）。