水庫項(xiàng)目遠(yuǎn)離泵站電源的閘門供電設(shè)計(jì)

朱 敏 智[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司, 上海 200092]

水庫項(xiàng)目遠(yuǎn)離泵站電源的閘門供電設(shè)計(jì)

朱 敏 智
[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司, 上海 200092]

水庫項(xiàng)目中,周邊無城市電網(wǎng),遠(yuǎn)離泵站電源的閘門電機(jī)起動(dòng)需要大容量電源。提出了遠(yuǎn)離電源的小容量負(fù)荷供電方案,比較了幾種供電方案的特點(diǎn)。分析表明,應(yīng)急電源(EPS)電源供電方案具有經(jīng)濟(jì)、可靠的較大優(yōu)勢。

水庫項(xiàng)目; 閘門; 電機(jī)起動(dòng); 應(yīng)急電源

0 引 言

目前,水庫已逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉篮?、城市供水、灌溉、發(fā)電的多功能水利樞紐工程,對閘門的供電系統(tǒng)提出了新的要求。尤其是周邊無城市電網(wǎng)、遠(yuǎn)離泵站電源的閘門電機(jī)起動(dòng)時(shí)需要大容量電源,這要求設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)、合理的閘門電機(jī)供電方案,以便實(shí)現(xiàn)用電的安全性和可靠性。本文對遠(yuǎn)離電源的小容量負(fù)荷供電方案做了分析比較,提出了經(jīng)濟(jì)、可靠的供電方案。

1 項(xiàng)目概況

某城市建設(shè)應(yīng)急水庫的東北堤岸處有一座泄水閘門,尺寸為2 500 mm×2 500 mm,最低處位于水下6 m,閘門距離取水泵房約為2 km。運(yùn)行單位要求閘門應(yīng)能電動(dòng)啟閉,根據(jù)閘門廠家提供的資料,閘門阻力矩為2 400 N·M,電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為Y系列特種鼠籠式異步電機(jī),功率為5.5 kW,額定電流為13.8 A。由于水庫附近無城市電網(wǎng),按照常規(guī)設(shè)計(jì),該閘門只有從取水泵房取電。

2 供電方案的選擇

2.1 高壓供電方案

閘門距離取水泵房較遠(yuǎn),設(shè)計(jì)首先考慮高壓供電方案,采用10 kV架空線路,加桿上變壓器。架空線選用鋼芯鋁絞線 LGJ-35/6,桿塔50 m一檔,共40只,變壓器選擇S10(50 kVA),取水泵房還需要一臺高壓開關(guān)柜作10 kV電源饋電柜。另外,架空線路占用水庫道路旁的走廊,工程量較大,架空線路方案造價(jià)較高。如果采用10 kV電纜,為滿足電纜的熱穩(wěn)定校驗(yàn),電纜截面需70 mm2,從取水泵房敷設(shè)2 km的高壓電纜至變壓器,造價(jià)也較高。

2.2 低壓供電方案

2.2.1 直接起動(dòng)

設(shè)計(jì)考慮0.4 kV低壓供電,為保證閘門正常起動(dòng),閘門廠家提出閘門電機(jī)端電壓降最低為-10%的額定電壓。按照文獻(xiàn)[1],無限大容量電源系統(tǒng)供電的電動(dòng)機(jī),全壓起動(dòng)時(shí)計(jì)算公式:已知取水泵房變壓器容量SrT=0.16 MVA,阻抗xT=0.04,變壓器一次側(cè)短路容量Sk=50 MVA,閘門電機(jī)起動(dòng)容量SStM=0.048 MVA,母線短路容量Skm=0.16 MVA/[0.04+(0.16 MVA/50 MVA)]=3.7 MVA,預(yù)接負(fù)荷的無功功率為0.05 MVA×(1-0.922)=0.007 7 Mvar,至閘門電機(jī)的低壓電纜需要120 mm2,才能保證閘門電機(jī)處-10%電壓降,起動(dòng)回路輸入容量為0.044 MVA,閘門電機(jī)電壓相對值為

從取水泵房敷設(shè)2 km的大截面低壓電纜至閘門電機(jī),全壓起動(dòng)方案也是不經(jīng)濟(jì)的。

2.2.2 降壓起動(dòng)

為減少起動(dòng)壓降的影響,考慮采用降壓起動(dòng)的方式。降壓起動(dòng)方案有自耦變壓器降壓起動(dòng)、電壓斜坡軟起動(dòng)等。由于閘門啟閉時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,長時(shí)間起動(dòng)時(shí)阻力矩基本不變,而這兩種降壓起動(dòng)方案的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小,適合空載或輕載起動(dòng)的風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載,對于閘門負(fù)載則無法正常起動(dòng)。

2.2.3 變頻起動(dòng)

對于閘門恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,有必要采用帶有矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻起動(dòng)方案。變頻器起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和低速輸出轉(zhuǎn)矩大,響應(yīng)速度快,且閘門啟動(dòng)時(shí),變頻器輸入電流可限定在1.5倍的變頻器最大連續(xù)電流,沒有全壓起動(dòng)時(shí)6～7倍的電機(jī)額定電流。變頻器在-15%電壓降時(shí)能正常工作,5.5 kW閘門選用5.5 kW變頻器,按照變頻器21.5 A輸入電流、變頻器最低-15%電壓降的條件,計(jì)算出低壓電纜截面可減少至25 mm2。

2.3 應(yīng)急電源(EPS)供電方案

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)急電源(Emergence Power Supply,EPS)越來越成為一種可靠的電源產(chǎn)品。如果EPS使用外電源給閘門電機(jī)供電,也存在全壓起動(dòng)過程,為保證閘門電機(jī)壓降,需選擇較粗進(jìn)線電纜截面,這不經(jīng)濟(jì),故不使用該供電方式。設(shè)計(jì)考慮外電源僅為EPS蓄電池充電器供電,啟閉閘門時(shí),使用EPS蓄電池支持下的逆變器供電。一方面,由于蓄電池組是串聯(lián)的,充電器僅需提供10%單只蓄電池組容量的充電電流,功率較低,EPS進(jìn)線電纜只需滿足充電器充電電流,截面較?。涣硪环矫?蓄電池的能量可以正常啟閉閘門,既解決了閘門電動(dòng)啟閉問題,又使整個(gè)供電方案造價(jià)較低。因?yàn)樾铍姵啬芰坑邢?充電過程較長,該工作模式EPS不能頻繁啟閉閘門電機(jī)。EPS系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 EPS系統(tǒng)圖

該項(xiàng)目中,EPS電池容量P=5.5 kW,應(yīng)急時(shí)間t=1 h,閘門電機(jī)cosφ=0.8,蓄電池電壓U=12 V,逆變器效率η1=0.95,電池放電率η2=0.65,則蓄電池組容量為

逆變器選擇正弦波輸出,40 kW規(guī)格。因逆變器直流側(cè)電壓需480 V,故選用40只蓄電池串聯(lián),每只蓄電池容量為24 Ah。充電器電流為0.1×24=2.4 A,蓄電池浮充電壓選13.5 V,這樣充電器直流電壓為40×13.5=540 V,充電器功率為

P=540×2.4=1 296 W

充電器交流輸入電流為

考慮EPS進(jìn)線端-5%電壓降,進(jìn)線電纜截面選10 mm2。閘門電機(jī)就地設(shè)無源按鈕盒,閘門電機(jī)起動(dòng)前,通過起動(dòng)按鈕給EPS監(jiān)控系統(tǒng)信號,起動(dòng)逆變器給閘門電機(jī)供電。閘門電機(jī)起動(dòng)完畢后,通過停止按鈕給EPS監(jiān)控系統(tǒng)信號,關(guān)閉逆變器,EPS只工作在充電狀態(tài)。

3 供電方案的比較

遠(yuǎn)離電源的閘門電機(jī)供電方案比較如表1所示。

由表1可知,各種起動(dòng)方案中除10 kV架空線供電方案可靠性較低外,其他均較高。低壓變頻起動(dòng)、EPS電池起動(dòng)方案造價(jià)比高壓供電方案、0.4 kV全壓起動(dòng)方案的低。

表1 遠(yuǎn)離電源的閘門電機(jī)供電方案比較

4 結(jié) 語

隨著市場上電氣新技術(shù)的發(fā)展,一些新的設(shè)計(jì)思路,方案也可以應(yīng)用在工程設(shè)計(jì)中,這需要設(shè)計(jì)師對工程建設(shè)內(nèi)容、電氣新技術(shù)的特點(diǎn)有清晰的了解。本文對于遠(yuǎn)離電源的小容量負(fù)荷供電方案作了分析、比較、研究,提出了可靠、經(jīng)濟(jì)的供電方案。

[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，2005.

[2] JGJ 16—2008 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【辦刊宗旨】

以現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)和智能建筑技術(shù)為引導(dǎo)，引領(lǐng)建筑電氣技術(shù)不斷開拓自主知識創(chuàng)新，向著高效、節(jié)能和綠色的目標(biāo)和方向發(fā)展。及時(shí)、全面地報(bào)道國內(nèi)外建筑電氣最新研究成果和行業(yè)信息，為建筑電氣的研究與開發(fā)、產(chǎn)品制造與應(yīng)用、工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域打造一流的技術(shù)交流和信息傳遞平臺。

Design of Strobe Power Supply Far Away from Pumping Station in Reservoir Project

ZHU Minzhi

[Shanghai Municipal Engineering Design Institute(Group) Co., Ltd., Shanghai 200092, China]

The large capacity power is required when the strobe motor starts up in reservoir project,which is without city grid electricity and far away from pumping station.This paper proposed the power supply schemes of small capacity load which was far away pumping station,and compared the characteristics of several kinds of power supply schemes.The analysis results show that the emergence power supply(EPS) has the economic and reliable advantages.

reservoir project; strobe; motor start-up; emergence power supply(EMS)

朱敏智(1983—),男,工程師,從事市政工程電氣儀表設(shè)計(jì)。

TU 852

B

1674-8417(2015)10-0017-03

2015-09-23