(浙江省水利水电勘测设计院 浙江杭州 310002)
摘要:以排涝功能为主的泵站,是城镇基础建设的重要设施。目前,排涝泵站供配电设计趋向于可靠性和经济性兼具的方向发展。本文着重从电气主接线型式、主电动机电压等级和型式(同步、异步)选择、主电动机起动方式等方面进行深入的讨论和分析。
关键词:排涝泵站;供配电设计;电气主接线;主电动机
1电气主接线型式
泵站电气主接线设计根据泵站性质、规模、运行方式、供电方式以及泵站重要性等因素,合理确定。电源侧大都采用单母线接线,双回路进线时,可采用单母线分段。而电动机电压侧大多采用单母线接线或单母线分段接线。
本文列出几种常见的排涝泵站供配电典型接线型式。
1、10kV单回进线,高压侧采用线路-变压器单元接线,低压侧采用单母线接线,见图1。
2、10kV双回进线,电源侧采用单母线接线,电动机采用直配线供电,见图2。
图1
图2
3、10kV双回进线,泵站有两种电压等级的水泵电动机,电源侧采用单母线分段接线,见图3。
4、35kV双回进线,电源侧采用单母线接线,电动机电压侧采用单母线分段接线,见图4。
图3
图4
2主电动机电压等级和型式(同步、异步)选择
2.1主电动机额定电压的确定
排涝泵站中水泵电动机常用的是380V、6kV和10kV。
1、低压、高压的选择
低压电动机应用广泛,有着价格便宜、结构简单、运行维护方便等优点。由于电动机电流随着功率的增大而增大,达到一定数值时,其设备体积增大,稳定性能变差,效率变低,起动变困难。与低压电动机相比,高压电动机制造成本较高,对绝缘性能要求高。当电动机功率较大,低压电动机生产、运行以及起动困难时,便突显出高压电动机的优点。
通常情况下,低压电动机功率上限为315kW,高压电动机功率下限为220kW,这是比较合理的划分依据,若无特殊应用需求,电动机的容量宜选标准系列,电压等级宜遵循上述选择条件。
2、6kV、10kV的选择
两种电压等级方案的费用比较详见表1。
表1 两种电压等级方案费用比较
上述比较可以看出,6kV方案具有较明显的优势。但是,对于采用10kV线路供电的工程,若选用6kV电动机,则需要设置10/6kV的配电变压器,配电系统较复杂,费用较高;若选用10kV电动机,则可采用直配线方式供电,配电系统简单,投资较小。因此,对于10kV供电的工程,采用10kV电动机较合理;而对于35kV及以上电压等级供电的工程,采用6kV电动机更合理。
对于10kV供电的工程,采用10kV电动机较合理,前提是采用直配线供电,然而,当地供电部门可能会提出异议或者提出增加起动设备的要求。是否采用10kV直配电动机,还受到当地供电部门的限制。而且,建设管理单位出于运行、管理以及习惯等角度的考虑,会提出各自较强的倾向性,设计时也应采纳这些合理化的建议。因此,电动机采用6kV还是10kV,就需要进一步的综合衡量。
2.2主电动机型式(同步、异步)的选用原则
异步电动机也叫感应电动机,当定子绕组中流过三相对称电流时,气隙中将产生基波旋转磁场,这个基波旋转磁场在短路的转子绕组中感应电动势并产生电流,该电流与气隙中的旋转磁场相互作用而产生电磁转矩,拖动转子旋转。同步电动机和异步电动机的定子绕组是相同的,主要区别在于转子的结构,其转子上有直流励磁绕组。同步电动机多数在转子上装有类似于异步电动机笼形绕组的起动绕组,当定子接通电源时,便能产生使转子转动的异步转矩,并不断加速至接近同步转速,此时,再通入直流励磁电流,就可以将电机牵入同步。
从结构特点上来看,异步电动机具有明显的优势,因此得到更广泛的应用。但是,异步电动机必须从电网吸收滞后的无功功率,需要根据电网的要求进行无功功率补偿;而同步电动机则可以通过改变励磁电流来调节功率因数,这是其最可贵的特性。两种电动机方案比较详见表2。
表2 电动机方案比较
电动机功率和转速也是选用标准。同步电动机的特点决定其应用在单机容量较大、电网功率因数较低的场合是比较合适的,一般功率在2000kW以上时,才考虑选用同步电动机。通常异步电动机转速较高(高于300r/min),如果再低的话就需要特殊定制,而且电气性能也变差,这时候就可以考虑选用同步电动机。另外,电动机运行小时数、机组台数、供电方案等因素均需纳入考虑范畴,电动机采用同步还是异步,需根据工程实际,进行综合比选。
3主电动机起动方式
3.1直接起动
直接起动,是指电动机起动时,直接加载全额电压的起动方式,是最简单、最经济、最可靠的起动方式,只要符合规范规定的条件,应优先采用。需要注意的是,规范中所列的全压起动条件是充分条件,全部满足就可以采用,不需要“补充”或者“修正”。
电动机直接起动时,起动电流是额定电流的4~7倍,起动转矩是额定转矩的0.9~1.3倍。水泵通常采用笼型异步电动机或同步电动机进行拖动,起动转矩很容易满足负载要求,主要问题是起动电流大。为了保证电网质量,规范对电动机起动时配电母线允许的电压降有规定,对不符合全压起动条件的电动机,采取其他起动方式,比如降压起动和变频起动。
3.2降压起动
笼型电动机的起动转矩与其端子电压的平方成正比,降压起动只会使起动转矩更小,起动过程更加困难,而且降压起动比全压起动接线复杂、投资大、故障率高,因此,降压起动是不得已而为之的方法,应在必要时才采用。现在常用的降压起动方法主要是软起动。
软起动,是一种在主回路串接可控功率元件装置,通过调节反并联可控硅SCR阀组的相角来改变装置的输出电压,从而调节起动电流的一种降压起动方式。既然是降压起动,也是以牺牲起动转矩为代价的,只不过其降压值可以连续平滑调节而已,具有起动电流可设置(一般可控制起动电流在额定电流的2.5~3倍)、起动转矩平稳等优点。
3.3变频起动
变频起动,即通过变频器起动电动机。由于变频器价格昂贵,仅作为泵站主电动机的起动设备使用是比较少见的,除非工程所在地供电部门提出非常严苛的起动电流限制条件,而降压起动又无法同时满足电网对起动电流的要求和负载对起动转矩的要求。一般情况下,变频起动应用在有变频调速要求的场合,电动机的起动方式与调速方式相匹配。
变频器靠内部IGBT的通断来调整输出电源的电压和频率。采用变频器起动,起动电流可以被控制在额定电流的1.2~1.5倍,起动转矩为额定转矩的0.7~1.2倍,电动机可以实现真正的平滑起动。
4结语
本文主要围绕排涝泵站供配电系统设计和主电动机选择这两大核心问题展开讨论,以相关规范为依据,综合考虑泵站功能、规模、运行时间等实际情况,选择合理的电气主接线型式、水泵电动机电压等级、型式以及起动方式。
参考文献
[1] GB50265-2010,泵站设计规范[S]. 北京:中国计划出版社,2010.
[2] GB50052-2009,供配电系统设计规范[S]. 北京:中国计划出版社,2009.
[3] GB50055-2011,通用用电设备配电设计规范[S]. 北京:中国计划出版社,2011.
论文作者:程小敏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/22
标签:电动机论文; 泵站论文; 转矩论文; 接线论文; 电压论文; 母线论文; 电流论文; 《电力设备》2017年第24期论文;