朱春艷

(深圳市深水水務(wù)咨詢有限公司，廣東 深圳 518000)

1 概 述

在大(中)型排澇泵站中水泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊負(fù)荷，會(huì)使供電系統(tǒng)產(chǎn)生電壓波動(dòng)，該波動(dòng)會(huì)影響供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成人身設(shè)備故障。因此如何計(jì)算電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電壓波動(dòng)，對(duì)正確選擇電機(jī)啟動(dòng)方式具有非常重要的意義。

2 電機(jī)啟動(dòng)方式選擇

在深圳市排水工程中，排澇泵多數(shù)為籠式異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式一般有全壓?jiǎn)?dòng)、降壓?jiǎn)?dòng)、變頻啟動(dòng)三種，降壓?jiǎn)?dòng)又分為：電阻降壓、星三角降壓、自耦變壓器降壓、軟啟動(dòng)降壓等，文章中降壓?jiǎn)?dòng)主要采用軟啟動(dòng)降壓?jiǎn)?dòng)來分析[1]。

在排澇泵站中，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)常規(guī)啟動(dòng)方式為：全壓?jiǎn)?dòng)，當(dāng)不能滿足全壓?jiǎn)?dòng)條件下采用軟啟動(dòng)降壓?jiǎn)?dòng)方式。

2.1 全壓?jiǎn)?dòng)

籠式異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)優(yōu)先選用全壓?jiǎn)?dòng)。全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)應(yīng)滿足以下條件。

1)啟動(dòng)時(shí)電壓降不得超過允許值

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12325—2008《供電電壓偏差》[3]規(guī)定：35kV及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過標(biāo)稱電壓的10%；20kV及以下三相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的±7%。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12326—2008《電壓波動(dòng)和閃變》規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)，由波動(dòng)負(fù)荷產(chǎn)生的電壓變動(dòng)限值和變動(dòng)頻度、電壓等級(jí)有關(guān)，對(duì)變動(dòng)頻度r≤1(次/h)的高壓HV(35

按《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50055-2011的2.2.2及2.2.3中要求：配電母線上接有照明或其他對(duì)電壓波動(dòng)較敏感的負(fù)荷，電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的90%；電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的85%。在保證生產(chǎn)設(shè)備所需要的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩下，又不影響其他用電設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)電壓可允許為20%或者更大。

GB/T50265-2010《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》第10.5.1規(guī)定“機(jī)組應(yīng)優(yōu)先采用全電壓直徑啟動(dòng)方式，母線電壓降不宜超過額定電壓的15%”。

同時(shí)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)應(yīng)按供電系統(tǒng)最小運(yùn)行方式和機(jī)組最不利組合形式進(jìn)行計(jì)算。

2)啟動(dòng)容量供電變壓器的過負(fù)荷能力。

籠式電動(dòng)機(jī)允許全壓?jiǎn)?dòng)的的功率和電源容量之間的關(guān)系見下表：

表1 按電源容量允許全壓?jiǎn)?dòng)的籠式電動(dòng)機(jī)功率

3)啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)及其啟動(dòng)設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。

4)電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，機(jī)械能承受電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的沖擊轉(zhuǎn)矩，并且配電母線電壓降及電機(jī)端子電壓降能滿足要求，應(yīng)優(yōu)先選用全壓?jiǎn)?dòng)，而不是降壓?jiǎn)?dòng)。

2.2 降壓?jiǎn)?dòng)

降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的端電壓應(yīng)保證其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于生產(chǎn)設(shè)備的靜阻轉(zhuǎn)矩，即：

(1)

3 實(shí)際案例計(jì)算

3.1 已知條件設(shè)定

以某排澇泵站為例，站內(nèi)最大裝機(jī)容量設(shè)備豎井貫流泵，水泵運(yùn)行揚(yáng)程范圍內(nèi)的水泵最大軸功率出現(xiàn)在最大揚(yáng)程工況，水泵軸功率為1279kW。

選擇配套電機(jī)的功率為1600kw，共4臺(tái)。

儲(chǔ)備系數(shù)K=1600/1279=1.25>1.1，滿足規(guī)范要求。

配套電機(jī)：YKS630-6中型高壓三相異步電動(dòng)機(jī)，額定電壓10kV，額定功率1600kW，額定電流額定功率因數(shù)0.86，額定效率95.8%，額定電流112.1A,電機(jī)額定轉(zhuǎn)速993轉(zhuǎn)/分，重量8700kg。

距離泵站最近的變電站距離約為1km，其10KV電纜采用ZR-YJV22-8.7/15KV-3X300mm2電纜。

3.2 全壓?jiǎn)?dòng)

按無限電源容量系統(tǒng)供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)計(jì)算公式參考《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第四版)。

根據(jù)已知條件整理如下：

1、全壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)倍數(shù)Kst為6-7倍，本次計(jì)算取Kst=7倍。

Ssc=200MVA(最小運(yùn)行方式下系統(tǒng)短路容量)

Pd=1600KW，cosФd=0.86,N=4

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)容量SstM=Kst*Sd+(N-1)Sd=7*1.94+3*1.94=19.4MVA

(電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)容量按最不利情況下計(jì)算，即母線上運(yùn)行3臺(tái)時(shí)，啟動(dòng)另外一臺(tái)高壓水泵。)

SrT=80MVA(最近變電站的主變?nèi)萘? Uk=18.5%

線路電抗值X1=(0.09+6.1/S)*L=(0.09+6.1/300)*1=0.11，L=1km，S=300mm2(當(dāng)用于10KV交聯(lián)聚乙烯電纜且電纜截面>150mm2時(shí)，X1取(0.09+6.1/S)*L)

則可得：

預(yù)接負(fù)荷側(cè)cosφ=0.9，η=70%，則SL=80*0.7=56MVA

則可計(jì)算：

由上述計(jì)算可知，上級(jí)取電變電站負(fù)荷率在70%時(shí)，不能滿足全壓?jiǎn)?dòng)母線上壓降≥0.85的要求，故不能采用全壓?jiǎn)?dòng)。

3.3 軟啟動(dòng)，啟動(dòng)倍數(shù)為3-3.5倍，本次計(jì)算按3.3倍

除電動(dòng)機(jī)額定啟容量不同，其他基礎(chǔ)參數(shù)均相同，不再重復(fù)，SstM=KstSd+(N-1)Sd=3.3*1.94+3*1.94=12.23MVA

由上述計(jì)算可知，上級(jí)取電變電站負(fù)荷率在70%時(shí)，軟啟動(dòng)時(shí)母線上壓降也不能滿足≥0.85的要求。因此調(diào)整10KV主接線，采用單母線分段，每段10KV母線上各接2臺(tái)10KV的1600KW電動(dòng)機(jī)，2段10KV母線并列運(yùn)行，則進(jìn)行復(fù)算：

SstM=KstSd+(2-1)Sd=3.3*1.94+1.94=8.35MVA

Ustb=0.85，且轉(zhuǎn)矩UstM=0.84≥0.55，可滿足要求。

4 結(jié) 論

深圳市排澇泵站年運(yùn)時(shí)間在4月-10月，開停機(jī)組頻繁，負(fù)荷啟落較大，多機(jī)組運(yùn)行時(shí)電壓降落更大，電壓質(zhì)量不穩(wěn)定，尤其是一些處于電網(wǎng)末端的泵站，其壓降可達(dá)到20%或者以下，這時(shí)若再開一臺(tái)機(jī)組，就有可能引起電動(dòng)機(jī)低壓電壓保護(hù)而動(dòng)作跳閘。如果采用加大變電站至泵站10KV供電電纜的截面，其增加的造價(jià)過高，不經(jīng)濟(jì)。因此，建議供電部門變電站內(nèi)主變壓器采用有載調(diào)壓變壓器，來滿足本地區(qū)沖擊性負(fù)荷在用電高峰期接入時(shí)，供電電壓波動(dòng)的需求，其效果明顯比增大10KV供電電纜好，且更為經(jīng)濟(jì)。