【摘要】本文從理論上對水利排灌站電動機低電壓運行的危害進行了分析，并在此基礎(chǔ)上探討了相關(guān)處理措施。

【關(guān)鍵詞】水利排灌站；電動機；低電壓運行；危害；措施

在水利排灌站中，一般都采用電動機拖動水泵，而電動機類型多為三相異步電動機。與同步電動機相比，異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、可靠耐用的特點，但也存在功率因數(shù)較低、啟動電流大及對電網(wǎng)干擾較強的缺點，尤其是在用電高峰期間，電網(wǎng)電壓偏低，一些排灌站電動機因為電壓太低而無法啟動，或者跳閘。電壓過低，帶不起負荷，容易出現(xiàn)過載過熱現(xiàn)象，縮短電動機使用壽命，因此對于低電壓運行產(chǎn)生的危害應引起足夠的重視，并采取有效措施加以解決。

1、電動機低電壓運行的危害分析

1.1電動機最大轉(zhuǎn)矩與啟動轉(zhuǎn)矩降低，過載能力和啟動能力均會下降

根據(jù)三相異步電動機的運行原理及電力拖動規(guī)律，其最大電磁轉(zhuǎn)矩[1]如下：

（1）

三相異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩如下：

（2）

三相異步電動機的臨界轉(zhuǎn)差率如下：

（3）

式（1）～（3）中，Tm與Tst分別為電動機最大電磁轉(zhuǎn)矩和啟動轉(zhuǎn)矩； Sm為臨界轉(zhuǎn)差率；m1為定子繞組相數(shù)，對三相電動機m1=3；P為電動機極對數(shù)；U1為電源電壓；1為電源頻率，一般1=50Hz；r1為定子繞組電阻；1是定子繞組漏電抗；為折算為等效電路的轉(zhuǎn)子漏電抗，分別為轉(zhuǎn)子的電動勢變比、電流變比和折算前的漏阻抗；是折算后的轉(zhuǎn)子電阻，為折算前的轉(zhuǎn)子電阻；±中的+為電動狀態(tài)，-為發(fā)電狀態(tài)。

由式（1）、（2）可知，最大轉(zhuǎn)矩Tm和啟動轉(zhuǎn)矩Tst均與成正比，由式（3）可見臨界轉(zhuǎn)差率Sm與U1無關(guān)，故同步轉(zhuǎn)速n1也與U1無關(guān)。

1.2電動機電流增加，長期過載將導致電動機燒毀

由圖1可知，三相異步電動機降壓瞬間，對應工作點將由A點轉(zhuǎn)移到B點，但B點是不穩(wěn)定的，因為TB

（4）

式（4）中，PM為轉(zhuǎn)子的電磁功率；Ω1為轉(zhuǎn)子的機械角速度；為轉(zhuǎn)子電流；n1為轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)速。由于電壓下降后，轉(zhuǎn)差率S增加了，為了維持TC=TL，必然也要隨之增加，定子相電流I1也增大。此時若不卸載，電動機電流大于額定值，長期運行就會因為發(fā)熱而燒毀。

以上是按恒轉(zhuǎn)矩負載進行分析的，而排灌站的主要設備是水泵，其泵型一般為葉片式泵，即離心泵、軸流泵和混流泵等，這些泵的轉(zhuǎn)矩特性為平方關(guān)系，即機械特性比較軟，例如轉(zhuǎn)速下降至額定轉(zhuǎn)速的90%，負載轉(zhuǎn)矩大約下降至額定轉(zhuǎn)矩的80%。所以，相對于恒轉(zhuǎn)矩負載，耐受電壓下降的能力更強一些，但是轉(zhuǎn)速下降，水泵揚程下降、流量減少、效率降低，并且電動機拖動水泵的轉(zhuǎn)速下降幅度不大，負載轉(zhuǎn)矩也變化不大，因此電動機開始滿載或接近滿載時電壓的降低還是會造成嚴重的過電流現(xiàn)象[2]。

2、解決電動機低電壓運行的措施

2.1提高電源質(zhì)量。為了從根本上解決排灌站電動機低電壓運行的問題，應積極聯(lián)系供電部門并尋求支持，對供電電源進行改造增容，有條件的采用雙電源供電，并確保新電源直接由變電站引入，實現(xiàn)排灌電動機專線專用。如果電源電壓保持在10×（1±5%）kV范圍內(nèi)，則對水泵的啟動運行會改善很多。另外，還應設法減少線路壓降，縮短電動機到變壓器之間的距離，或者改換較大的線徑，減少線路損耗。

2.2改進啟動方式。電動機的啟動方式主要包括直接啟動、降壓啟動、軟啟動和變頻啟動等方式。由于三相鼠籠異步電動機啟動電流可達到額定電流的4～7倍，啟動轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的1.2～2倍，因此對電網(wǎng)沖擊較大，除非變壓器負載率不超過30%，否則不宜采用。傳統(tǒng)的降壓啟動方式，如Y-△啟動、延邊三角降壓啟動、電阻降壓啟動、電抗器降壓啟動、自耦變壓器啟動等方式，在啟動時仍然存在一定的沖擊，不夠平滑。軟啟動是一種電子控制降壓啟動方式，啟動電流小、平滑，對電網(wǎng)沖擊小，而且費用方面也不比傳統(tǒng)降壓啟動方式高出很多。變頻啟動方式比其他啟動方式優(yōu)勢更突出，可以在限制啟動電流不超過額定電流條件下，獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩[3]，而且節(jié)能效果優(yōu)越，但投資較高。

2.3加強無功補償。根據(jù)異步電動機的特點，通過補償無功功率，提高功率因數(shù)，有利于減少電壓損失。補償方式一般是在電動機或者變壓器低壓側(cè)并聯(lián)電容進行補償。無功補償裝置已經(jīng)歷多代，早期產(chǎn)品不能實現(xiàn)連續(xù)可控，容易出現(xiàn)過補償或欠補償?shù)膯栴}，新一代產(chǎn)品克服了這個缺點，可實現(xiàn)連續(xù)可控、自動跟蹤功能，而且損耗較低，維護量小，不足之處是價格較高。

2.4優(yōu)化負荷分配。應通過合理分配負荷，避免電動機端電壓低于額定電壓的5%，可采取的措施包括：（1）降低水泵負荷，例如調(diào)節(jié)葉片安裝角度以減少負載或通過調(diào)整傳動比進行降速；（2）為電動機配置變頻器，并根據(jù)實際負荷需要調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速（通過改變供電頻率）；（3）對新建排灌站適當配大一些功率的電動機，如將功率儲備系數(shù)適當增加。

2.5完善保護裝置。應為所有水泵電動機配置低電壓保護和過電流保護裝置，如安裝欠壓脫扣器和熱繼電器等保護裝置。欠壓脫扣器可以在電源電壓低于額定電壓的75%時，脫扣并切斷電源，熱繼電器可以在電流過載20%及20min內(nèi)切斷電源。

2.6錯峰運行，加強維護?？梢藻e開用電高峰，例如利用夜晚用電低谷進行排灌作業(yè)，或者在排灌區(qū)與其他工礦企業(yè)進行協(xié)調(diào)，避免同時開工影響電網(wǎng)電壓。另外，應加強對水泵、電動機的維護保養(yǎng)和潤滑工作，及時修復故障，在減少機械損耗的同時也提高了設備運轉(zhuǎn)效率。

3、結(jié)語

水利排灌站電動機長期低電壓運行的危害十分明顯，不僅縮短電動機使用壽命，而且頻繁跳閘也嚴重影響排澇防汛任務的完成，所以應該從組織、管理和技術(shù)方面多管齊下，采取積極有效措施加以整改和完善，以保障排灌站運行的可靠性和穩(wěn)定性。

參考文獻

[1]趙君有，張愛軍，王東瑞.電機與拖動基礎(chǔ)[M].北京：中國水利水電出版社，2007.

[2]許淵.電力排灌站電動機低電壓運行的狀況分析及解決辦法[J].中國科技信息，2012（8）：130.

[3]劉瀾文，鄒穎博.大中型泵站電動機啟動及無功補償裝置的選擇[J].水利水電工程設計，2012，31（1）：25-26.