練炤懿

（廣東珠榮工程設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

電動機(jī)采用直接起動方式時，首先要計算電動機(jī)啟動的數(shù)據(jù)，只有完全符合相關(guān)規(guī)定，才能利用，該文利用實例對計算過程進(jìn)行分析，某泵站采用56zlb-70 型號的水泵，轉(zhuǎn)數(shù)額定為365 r/min，電機(jī)配套功率為500 kW，共6 臺電機(jī)。

1 選擇電動機(jī)

1.1 選擇壓和額定容量

進(jìn)行主電機(jī)的容量的選擇要按照水泵運行中容易產(chǎn)生的最大軸功率決定的，并要進(jìn)行儲備，儲量系數(shù)最佳值為并留有一定的儲備，儲量系數(shù)宜為1.02～1.08。通常以0.4 kV、6 kV 和10 kV 的電壓等級作為泵站電動機(jī)使用的標(biāo)準(zhǔn)，所以，業(yè)內(nèi)把0.4 kV 電動機(jī)稱之為低電壓電機(jī)，一般在異步電機(jī)上應(yīng)用。6 kV 和10 kV 電動機(jī)通常稱為高壓電動機(jī)[1]。

當(dāng)前形勢下，電力工程電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，城鎮(zhèn)供電所的等級多數(shù)為110 kV/10 kV，6 kV 電壓等級逐漸被10 kV 電壓等級代替，由此，應(yīng)該把10 kV 電壓等級電動機(jī)作為使用的首選。如果變電站在不排斥的狀態(tài)下，適合利用10 kV 直接供電，為了適當(dāng)減少成本，泵站可以不進(jìn)行主變壓器的設(shè)置。泵站距變電站3.5 km，主變壓器容量31.5 MVA。采用10 kV 線路直接向泵站供電，電機(jī)電壓等級為10 kV。

1.2 電動機(jī)型選擇

通常電動機(jī)分為同步電動機(jī)和異步電動機(jī)。

比起同步電動機(jī)，異步電動機(jī)有很多優(yōu)勢，例如方便維護(hù)、經(jīng)久耐用、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉和運行可靠等。而異步電動機(jī)缺點在于功率因數(shù)低，尤其是在低轉(zhuǎn)速的情況下，會出現(xiàn)低于0.72 的功率因數(shù)。按照泵站的設(shè)計要求，不允許發(fā)生計量點功率因數(shù)低于0.8 的情況，解決的途徑是設(shè)置無功補償設(shè)施，有效提升功率因數(shù)。同步電動機(jī)或異步電動機(jī)的選擇可根據(jù)電動機(jī)的容量進(jìn)行劃分。《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50265—97）有如下規(guī)定：當(dāng)主電機(jī)單臺額定容量為630 kW 或者以上時，最好利用應(yīng)同步電動機(jī)實施彌補；如果泵站主電動機(jī)單臺額定容量低于630 kW 的時候，就要利用靜電電容器實施無功補償。該文介紹的試驗電站采用500 kW 的電動機(jī)，異步電動機(jī)初步應(yīng)用，無功補償可以利用成套的電容柜[1]。

2 啟動方式選擇

2.1 全壓啟動

全電壓啟動是最簡單、最可靠、最經(jīng)濟(jì)的啟動方式，這是最好的啟動方法之一，它將所有電源電壓（即全電壓）直接加到異步電動機(jī)的定子繞組上，使電動機(jī)在額定電壓下啟動，因此又稱為直接啟動。全壓啟動具有啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動時間短、操作控制方便和維護(hù)簡單等優(yōu)點，經(jīng)濟(jì)實惠，設(shè)備故障率低。全電壓啟動的缺點是起動電流大，起動電流是額定電流的3～8 倍。如果電動機(jī)功率較大，電動機(jī)的起動電流會使配電系統(tǒng)顯著降低電壓，從而也對同變壓器和同線路上的其他設(shè)施造成影響[2]。

2.2 降壓啟動

當(dāng)電動機(jī)全電壓起動會導(dǎo)致配電系統(tǒng)電壓降過大時，或在某些情況下，不允許全電壓起動，可用降壓起動，通過起動裝置使定子繞組的端電壓低于額定電壓。起動后，定子繞組的端電壓為額定電壓，稱為降壓起動。

2.2.1 角形措施

星形－三角降壓起動表現(xiàn)形式為啟動電動機(jī)過程中，為了將啟動電壓減下來、以對啟動電流的限制，會把定子繞組接成星形（Y）；啟動電動機(jī)之后，可以把定子繞組形成三角形（△），確保電動機(jī)電壓運行的滿負(fù)荷，可以保證在啟動電動機(jī)時變成星形。試驗表明，啟動電壓附加在施加在每相定子繞組上數(shù)值只是利用三角形接線直接起動1/，也就是57%的額定電壓。如果利用三角接法直接進(jìn)行時，呈1/3 的啟動電流。由此可知，該降壓啟動方式能滿足中小型泵站水泵機(jī)組的啟動要求。星形－三角降壓啟動最大的優(yōu)點是設(shè)備簡單、維護(hù)方便，適合農(nóng)村中小泵站的低壓電動機(jī)啟動。

2.2.2 自耦變壓器降壓啟動

將自耦變壓器的高壓側(cè)連接至電網(wǎng)，低壓側(cè)連接至電機(jī)。起動時，用自耦變壓器分接頭降低電動機(jī)電壓，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到一定值時，自耦變壓器自動切斷，電動機(jī)接通電源，全電壓運行正常。降壓起動時利用自耦變壓器具備顯著的優(yōu)點：在選擇不同自耦變壓器抽頭時，可按照所需要的啟動轉(zhuǎn)矩和允許啟動的電流進(jìn)行參考，其使用的條件，完全不受動機(jī)定子繞組的Y 或△連接方式的影響。但是該變壓器也有投資大、體積大的缺點[2]。

2.2.3 軟啟動

電動機(jī)軟起動器是常用的降壓起動方式之一，用軟起動器起動電動機(jī)時，會逐漸升高晶閘管的輸出的電壓逐，電動機(jī)也開始加快速度，直到把晶閘管完全接通。這樣就可以保證在額定電壓的機(jī)械特征下平穩(wěn)啟動，把啟動電流有效降低，就不會發(fā)生因為啟動引起過流跳閘的情況。

3 啟動計算

3.1 啟動計算的工況

中小型泵站大多采用單母線接線，泵組臺數(shù)大于6 臺時，也可采用單母線分段接線。對于異步電動機(jī)，最后一臺機(jī)組的啟動是最大電壓降的運行工況和泵站的啟動標(biāo)定條件。根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50265—97），母線電壓降在機(jī)組啟動時不能超過額定電壓的15%[3]。

3.2 啟動計算

電排站單臺電機(jī)容量500 kW，裝機(jī)容量6×500 kW。進(jìn)行直接供電的是變電所10 kV 線路。變電站配備的主變壓器有效容量為31.4 MVA，其結(jié)構(gòu)為載調(diào)壓。基于3.4 公路的變電所與電排站之間的輸電線路，必須對電動機(jī)啟動電壓進(jìn)行計算?？紤]到變電站的長久運行以及簡化計算程序，其計算條件的規(guī)定是最后一臺電動機(jī)啟動后變壓器滿負(fù)荷運行[3]。

10 kV 母線電壓降產(chǎn)生是因為電動機(jī)的啟動，對該電壓降進(jìn)行計算，設(shè)計變電站10 kV 母線與變電站直接相連。母線的電壓降得出結(jié)果后，務(wù)必估量變電站與電排站之間的線路影響。計算了變電站10 kV 母線的電壓降。

3.2.1 異步電動機(jī)起動時變電站母線電壓

式中：Uqm－電動機(jī)起動時變電站母線電壓標(biāo)幺值；Uk－變壓器阻抗電壓百分比；Ued－被起動電動機(jī)的額定電壓；Iqd－被起動電動機(jī)的起動電流，（廠家提供數(shù)值為234A）；Sed－變壓器的額定容量；Ped－被起動電動機(jī)的額定容量。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1）得：Uqm＝0.923。

3.2.2 異步電動機(jī)起動時電排站母線電壓

式中：Ud－電動機(jī)起動時端電壓標(biāo)幺值（以額定電壓為基準(zhǔn)）；Uqm－電動機(jī)起動時變電站母線電壓標(biāo)幺值；Iqd－被起動電動機(jī)的起動電流（廠家提供數(shù)值為234A）；r1－線路單位長度電阻；xl－線路單位長度電抗；L－線路長度；Ued－被起動電動機(jī)的額定電壓。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（2）得：Ud＝0.873。

以上計算為第一臺電機(jī)啟動時的電壓降。由于架空線路長3.5 km，計算時忽略了電機(jī)電纜的電阻和電抗。在具體的運行過程中，電動機(jī)的運行程序?qū)е螺旊娐樊a(chǎn)生一定的電壓降，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，電壓降就越大?；谌慨惒诫姍C(jī)實際運行中，當(dāng)電動機(jī)投入運行時，輸電線路會產(chǎn)生一定的電壓降，電機(jī)運轉(zhuǎn)越多，電壓降就越大?；诰惭b在站內(nèi)，因此起動計算必須按最后一臺最大機(jī)組的起動計算。

3.2.3 線路電壓損失

變電站到泵站10 kV 輸電線路長3.4 km，導(dǎo)線型號為LGJ-120。根據(jù)小水電站機(jī)電設(shè)計手冊，當(dāng)為0.9，電壓降為7%時，LGJ-120 導(dǎo)線的負(fù)載力矩為16 240 kW·km。當(dāng)一臺機(jī)器投入運行時，線路上的電壓降如下：

3.2.4 不同的電動機(jī)啟動

因為第一臺機(jī)組運行后的線路電壓降為0.75%，機(jī)組啟動引起的終端電壓降為12.7%，那么第二臺機(jī)組啟動時的終端電壓降為：

同理得：

4 結(jié)論

綜上所述，開始啟動第一臺電動機(jī)啟動時，變電所設(shè)置的10 kV 母線電壓降為8%，電排站10 kV 母線電壓降為13%。按照最后一臺機(jī)組啟動計算結(jié)果，啟動最后一臺電動機(jī)時，電排站10 kV 母線電壓降為17%，以有關(guān)規(guī)定符合?；谟嬎愕幕A(chǔ)是最后一臺電動機(jī)進(jìn)行啟動后變壓器的滿負(fù)荷運行。通常的規(guī)律是實際電壓降將小于計算值，該變電站6 臺機(jī)運行時間很短，就是4 臺機(jī)投入運行時間很短。因此，該站電動機(jī)采用直接起動方式是可行的。