水利排灌站電動(dòng)機(jī)低電壓運(yùn)行的危害與處理措施

【摘要】本文從理論上對(duì)水利排灌站電動(dòng)機(jī)低電壓運(yùn)行的危害進(jìn)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(dòng)機(jī)；低電壓運(yùn)行；危害；措施

在水利排灌站中，一般都采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)水泵，而電動(dòng)機(jī)類型多為三相異步電動(dòng)機(jī)。與同步電動(dòng)機(jī)相比，異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、可靠耐用的特點(diǎn)，但也存在功率因數(shù)較低、啟動(dòng)電流大及對(duì)電網(wǎng)干擾較強(qiáng)的缺點(diǎn)，尤其是在用電高峰期間，電網(wǎng)電壓偏低，一些排灌站電動(dòng)機(jī)因?yàn)殡妷禾投鵁o(wú)法啟動(dòng)，或者跳閘。電壓過(guò)低，帶不起負(fù)荷，容易出現(xiàn)過(guò)載過(guò)熱現(xiàn)象，縮短電動(dòng)機(jī)使用壽命，因此對(duì)于低電壓運(yùn)行產(chǎn)生的危害應(yīng)引起足夠的重視，并采取有效措施加以解決。

1、電動(dòng)機(jī)低電壓運(yùn)行的危害分析

1.1電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低，過(guò)載能力和啟動(dòng)能力均會(huì)下降

根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理及電力拖動(dòng)規(guī)律，其最大電磁轉(zhuǎn)矩[1]如下：

（1）

三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩如下：

（2）

三相異步電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)差率如下：

（3）

式（1）～（3）中，Tm與Tst分別為電動(dòng)機(jī)最大電磁轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩； Sm為臨界轉(zhuǎn)差率；m1為定子繞組相數(shù)，對(duì)三相電動(dòng)機(jī)m1=3；P為電動(dòng)機(jī)極對(duì)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(dòng)勢(shì)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(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst均與成正比，由式（3）可見臨界轉(zhuǎn)差率Sm與U1無(wú)關(guān)，故同步轉(zhuǎn)速n1也與U1無(wú)關(guān)。

1.2電動(dòng)機(jī)電流增加，長(zhǎng)期過(guò)載將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒毀

由圖1可知，三相異步電動(dòng)機(jī)降壓瞬間，對(duì)應(yīng)工作點(diǎn)將由A點(diǎn)轉(zhuǎn)移到B點(diǎn)，但B點(diǎn)是不穩(wěn)定的，因?yàn)門B

（4）

式（4）中，PM為轉(zhuǎn)子的電磁功率；Ω1為轉(zhuǎn)子的機(jī)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(shí)若不卸載，電動(dòng)機(jī)電流大于額定值，長(zhǎng)期運(yùn)行就會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而燒毀。

以上是按恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載進(jìn)行分析的，而排灌站的主要設(shè)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(jī)械特性比較軟，例如轉(zhuǎn)速下降至額定轉(zhuǎn)速的90%，負(fù)載轉(zhuǎn)矩大約下降至額定轉(zhuǎn)矩的80%。所以，相對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，耐受電壓下降的能力更強(qiáng)一些，但是轉(zhuǎn)速下降，水泵揚(yáng)程下降、流量減少、效率降低，并且電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)水泵的轉(zhuǎn)速下降幅度不大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩也變化不大，因此電動(dòng)機(jī)開始滿載或接近滿載時(shí)電壓的降低還是會(huì)造成嚴(yán)重的過(guò)電流現(xiàn)象[2]。

2、解決電動(dòng)機(jī)低電壓運(yùn)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(dòng)機(jī)低電壓運(yùn)行的問(wèn)題，應(yīng)積極聯(lián)系供電部門并尋求支持，對(duì)供電電源進(jìn)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(shí)現(xiàn)排灌電動(dòng)機(jī)專線專用。如果電源電壓保持在10×（1±5%）kV范圍內(nèi)，則對(duì)水泵的啟動(dòng)運(yùn)行會(huì)改善很多。另外，還應(yīng)設(shè)法減少線路壓降，縮短電動(dòng)機(jī)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(jìn)啟動(dòng)方式。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式主要包括直接啟動(dòng)、降壓?jiǎn)?dòng)、軟啟動(dòng)和變頻啟動(dòng)等方式。由于三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流可達(dá)到額定電流的4～7倍，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的1.2～2倍，因此對(duì)電網(wǎng)沖擊較大，除非變壓器負(fù)載率不超過(guò)30%，否則不宜采用。傳統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)方式，如Y-△啟動(dòng)、延邊三角降壓?jiǎn)?dòng)、電阻降壓?jiǎn)?dòng)、電抗器降壓?jiǎn)?dòng)、自耦變壓器啟動(dòng)等方式，在啟動(dòng)時(shí)仍然存在一定的沖擊，不夠平滑。軟啟動(dòng)是一種電子控制降壓?jiǎn)?dòng)方式，啟動(dòng)電流小、平滑，對(duì)電網(wǎng)沖擊小，而且費(fèi)用方面也不比傳統(tǒng)降壓?jiǎn)?dòng)方式高出很多。變頻啟動(dòng)方式比其他啟動(dòng)方式優(yōu)勢(shì)更突出，可以在限制啟動(dòng)電流不超過(guò)額定電流條件下，獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩[3]，而且節(jié)能效果優(yōu)越，但投資較高。

2.3加強(qiáng)無(wú)功補(bǔ)償。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，通過(guò)補(bǔ)償無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，有利于減少電壓損失。補(bǔ)償方式一般是在電動(dòng)機(jī)或者變壓器低壓側(cè)并聯(lián)電容進(jìn)行補(bǔ)償。無(wú)功補(bǔ)償裝置已經(jīng)歷多代，早期產(chǎn)品不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)可控，容易出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，新一代產(chǎn)品克服了這個(gè)缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)可控、自動(dòng)跟蹤功能，而且損耗較低，維護(hù)量小，不足之處是價(jià)格較高。

2.4優(yōu)化負(fù)荷分配。應(yīng)通過(guò)合理分配負(fù)荷，避免電動(dòng)機(jī)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(fù)荷，例如調(diào)節(jié)葉片安裝角度以減少負(fù)載或通過(guò)調(diào)整傳動(dòng)比進(jìn)行降速；（2）為電動(dòng)機(jī)配置變頻器，并根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需要調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速（通過(guò)改變供電頻率）；（3）對(duì)新建排灌站適當(dāng)配大一些功率的電動(dòng)機(jī)，如將功率儲(chǔ)備系數(shù)適當(dāng)增加。

2.5完善保護(hù)裝置。應(yīng)為所有水泵電動(dòng)機(jī)配置低電壓保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)裝置，如安裝欠壓脫扣器和熱繼電器等保護(hù)裝置。欠壓脫扣器可以在電源電壓低于額定電壓的75%時(shí)，脫扣并切斷電源，熱繼電器可以在電流過(guò)載20%及20min內(nèi)切斷電源。

2.6錯(cuò)峰運(yùn)行，加強(qiáng)維護(hù)。可以錯(cuò)開用電高峰，例如利用夜晚用電低谷進(jìn)行排灌作業(yè)，或者在排灌區(qū)與其他工礦企業(yè)進(jìn)行協(xié)調(diào)，避免同時(shí)開工影響電網(wǎng)電壓。另外，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水泵、電動(dòng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)和潤(rùn)滑工作，及時(shí)修復(fù)故障，在減少機(jī)械損耗的同時(shí)也提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

3、結(jié)語(yǔ)

水利排灌站電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期低電壓運(yùn)行的危害十分明顯，不僅縮短電動(dòng)機(jī)使用壽命，而且頻繁跳閘也嚴(yán)重影響排澇防汛任務(wù)的完成，所以應(yīng)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(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]趙君有，張愛(ài)軍，王東瑞.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2007.

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[3]劉瀾文，鄒穎博.大中型泵站電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)及無(wú)功補(bǔ)償裝置的選擇[J].水利水電工程設(shè)計(jì)，2012，31（1）：25-26.