泵站工程一次電氣設(shè)備的選型方法

李祖杰

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西太原030024）

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泵站工程一次電氣設(shè)備的選型方法

李祖杰

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西太原030024）

摘要：在水利項(xiàng)目中，泵站發(fā)揮著重要的作用，泵站的建設(shè)、運(yùn)行的穩(wěn)定和安全與泵站一次設(shè)備的選型息息相關(guān)。本文針對(duì)泵站的開(kāi)關(guān)設(shè)備、電源、變壓器、互感器、電動(dòng)機(jī)的選型方法進(jìn)行了論述，合理的設(shè)備選型為水利工程帶來(lái)最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：泵站；一次電氣；開(kāi)關(guān)設(shè)備；電動(dòng)機(jī)

在現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中，灌溉、調(diào)水、防洪等項(xiàng)目的推進(jìn)都依賴(lài)泵站的建設(shè)與管理。在過(guò)去的一段時(shí)期里，我國(guó)泵站設(shè)計(jì)以及建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展較為快速，在專(zhuān)業(yè)技術(shù)與理論的支撐下，泵站所能夠發(fā)揮出來(lái)的效益日趨提升，滿(mǎn)足了國(guó)家及百姓對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的要求，這些成績(jī)的取得與各環(huán)節(jié)技術(shù)升級(jí)以及各項(xiàng)管理措施的強(qiáng)化密不可分。

1　泵站一次電氣設(shè)備選型原則

1.1 保證泵站一次電氣設(shè)備達(dá)到使用目標(biāo)

泵站的運(yùn)行不僅負(fù)荷較大，極易出現(xiàn)故障，而且日常檢修工作也極為復(fù)雜。為此，在建設(shè)或改造泵站時(shí)，需要根據(jù)泵站開(kāi)關(guān)設(shè)備、電源、變壓器、互感設(shè)備、電動(dòng)機(jī)等在實(shí)際工作中具體使用目標(biāo)的要求，對(duì)泵站一次電氣設(shè)備進(jìn)行科學(xué)選型，從而保證設(shè)備在投入使用以后的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。

1.2 保證泵站電氣設(shè)備的安裝及維修便利

泵站一次電氣設(shè)備的選型不僅與電力用戶(hù)的使用要求及成本內(nèi)容有關(guān)，還需從安裝、技術(shù)層面上分析泵站一次電氣設(shè)備在應(yīng)用過(guò)程中所能夠發(fā)揮出來(lái)的實(shí)際性能，進(jìn)而在項(xiàng)目中利用設(shè)備的最大效用來(lái)推進(jìn)生產(chǎn)，以此提升泵站建設(shè)或改造后的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。除此以外，循環(huán)水泵設(shè)備運(yùn)行故障的檢修工作主要通過(guò)提高設(shè)備質(zhì)量、確保設(shè)備及時(shí)檢修與維護(hù)等措施來(lái)完成的，因此，在實(shí)踐過(guò)程中，相關(guān)的工作人員要適時(shí)對(duì)泵站設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，查看該類(lèi)型設(shè)備是否能夠滿(mǎn)足當(dāng)前泵站的運(yùn)行要求，如若不然，就需要對(duì)泵站進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑焯幚怼?/p>

2　泵站電源

在實(shí)際的泵站工程設(shè)計(jì)以及建造過(guò)程中，泵站電源的線(xiàn)路電壓等級(jí)、線(xiàn)路回?cái)?shù)與泵站工程的設(shè)計(jì)或施工目標(biāo)有著直接的關(guān)系。對(duì)于泵站電源設(shè)計(jì)工作而言無(wú)論是線(xiàn)路電壓等級(jí)還是線(xiàn)路回?cái)?shù)都應(yīng)該根據(jù)設(shè)備的使用目標(biāo)要求以及設(shè)計(jì)成本等內(nèi)容來(lái)進(jìn)行確定。另外，在設(shè)備的安裝過(guò)程中，還需要考慮設(shè)備本身的安裝條件是否達(dá)到設(shè)計(jì)的實(shí)際要求。所以，要想保證泵站用電負(fù)荷的可靠性，實(shí)現(xiàn)泵站運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性與高效性，務(wù)必要求泵站設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)之初就從泵站自身以及環(huán)境的綜合角度出發(fā)，合理選擇泵站電源的電壓等級(jí)和線(xiàn)路回?cái)?shù)。

2.1 線(xiàn)路電壓等級(jí)

泵站環(huán)境中的輸電電壓越高，對(duì)泵站一次電氣設(shè)備的絕緣性要求也就越高，因此，線(xiàn)路電壓等級(jí)的選擇將會(huì)直接影響到電力設(shè)備的投資成本。然而實(shí)體項(xiàng)目的運(yùn)作過(guò)程中，泵站傳送電流與輸電電壓大小呈現(xiàn)的是負(fù)相關(guān)，高電壓會(huì)導(dǎo)致電流的變小，對(duì)應(yīng)需要的導(dǎo)線(xiàn)截面也會(huì)變小，從而讓泵站線(xiàn)路設(shè)施方面的成本得以大幅度降低。根據(jù)我國(guó)泵站設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，線(xiàn)路電壓等級(jí)可以根據(jù)表1進(jìn)行選擇。泵站設(shè)計(jì)需要從泵站的現(xiàn)狀和長(zhǎng)遠(yuǎn)角度出發(fā)，綜合分析線(xiàn)路的有色金屬原材料、絕緣材料和人工費(fèi)用等客觀(guān)因素，保證線(xiàn)路電壓等級(jí)的科學(xué)性、合理性，用最低的成本投入達(dá)到泵站的最佳運(yùn)行效果。

表1　設(shè)計(jì)費(fèi)用最小化對(duì)照參考表

2.2 線(xiàn)路回路數(shù)

我國(guó)相關(guān)的泵站供電設(shè)計(jì)規(guī)定中將二級(jí)負(fù)荷定義為會(huì)引發(fā)重大經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е孪嚓P(guān)重要用電單位的日常工作無(wú)法正常進(jìn)行的中斷供電。而《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)一步要求，在對(duì)二級(jí)負(fù)荷的供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該采用雙回路供電，從而保證可以通過(guò)不低于一回六千伏的架空線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)二級(jí)負(fù)荷對(duì)供電負(fù)荷較小的地區(qū)或較難實(shí)現(xiàn)正常供電地區(qū)的供電工作。

在泵站電源的線(xiàn)路回路數(shù)選擇上，應(yīng)該根據(jù)泵站日常運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)荷大小和周邊線(xiàn)路走廊的實(shí)際情況進(jìn)行妥善選擇。如果泵站的負(fù)荷較大，應(yīng)該設(shè)計(jì)為雙回路電源，在增強(qiáng)泵站供電的安全性之余，也為泵站的擴(kuò)容做好鋪墊，避免由于日后的線(xiàn)路走廊緊張等影響泵站電源的正常供電。

3　泵站變壓器

變壓器設(shè)備是由一次線(xiàn)圈、二次線(xiàn)圈與鐵芯所構(gòu)成的，是泵站變配電的主要組成部分。從變壓器的功能來(lái)看，它主要起到了升降泵站電壓以及穩(wěn)定電壓等作用。因此，根據(jù)不同的泵站環(huán)境來(lái)選擇不同類(lèi)型的變壓器設(shè)備較為關(guān)鍵。在主變?cè)O(shè)備選型過(guò)程中，不僅需要考量設(shè)備的使用目標(biāo)，還需要考慮電力用戶(hù)電力設(shè)備的實(shí)際電力載荷。此外，由于主變?cè)O(shè)備是泵站一次電氣設(shè)備的核心設(shè)備，因此還需要考量變壓器設(shè)備的容量值指標(biāo)，以及泵站的電壓、電流情況等因素。為了延長(zhǎng)泵站常用的一次電氣設(shè)備的使用年限，需要對(duì)水泵機(jī)組自身安裝狀況進(jìn)行檢查，防止由于機(jī)械振動(dòng)所引起的設(shè)備不平衡故障的發(fā)生，保障泵站設(shè)備在使用過(guò)程中的安全性。

4　開(kāi)關(guān)設(shè)備

開(kāi)關(guān)設(shè)備在電力系統(tǒng)運(yùn)行管理中較為重要，泵站電流的控制和調(diào)整與開(kāi)關(guān)裝置的性能有著密切的聯(lián)系，因此，在泵站建設(shè)的過(guò)程中，開(kāi)關(guān)設(shè)備的選型是否合理是泵站一次電氣設(shè)備選型的關(guān)鍵內(nèi)容。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，泵站用開(kāi)關(guān)設(shè)備品種繁多，型號(hào)各異，這就給用戶(hù)在選型時(shí)制造一些障礙。從以往的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，開(kāi)關(guān)設(shè)備的優(yōu)劣取決于斷路器裝置的靈敏度及可靠性，同時(shí)，電氣性能的安全性也是選擇泵站開(kāi)關(guān)設(shè)備的決定性因素。

5　泵站互感器設(shè)備

從設(shè)備的工作原理角度來(lái)看，泵站所使用的互感器裝置與變壓器設(shè)備的原理相類(lèi)似，都是將高電壓或是密集型電流轉(zhuǎn)化成為低電壓與弱電流，使其與整個(gè)泵站的繼電保護(hù)環(huán)境相協(xié)調(diào)，以此來(lái)維護(hù)泵站運(yùn)行過(guò)程的安全性與穩(wěn)定性。互感器選型分兩種情況，即電流互感器選型與電壓互感器選型。其中，電流互感器選型與泵站電力系統(tǒng)環(huán)境的變流比數(shù)值有關(guān)，變流比是指一次線(xiàn)圈額定電流與二次線(xiàn)圈額定電流數(shù)據(jù)的比值。為了防止電流互感器在使用的過(guò)程中被損毀，則需要限制二次負(fù)載量的無(wú)限制增加，并最終確定電流互感器的等級(jí)，使其維持在合理的范圍之內(nèi)，這就與電流互感器設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境以及設(shè)備的安裝方法等因素有著密切關(guān)聯(lián)。由此可見(jiàn)，影響電流互感器選型的因素較為復(fù)雜。同樣，電壓互感器的選型也需要遵循一定的原則來(lái)執(zhí)行，從而滿(mǎn)足設(shè)備應(yīng)用環(huán)境中對(duì)其絕緣形式、設(shè)備安裝結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的要求，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電壓互感器設(shè)備的選型與其本身的額定容量有著直接關(guān)系，為了滿(mǎn)足設(shè)備的精度要求，則使其額定容量調(diào)整至25%至最大額定容量之間。

6　泵站電動(dòng)機(jī)

6.1 額定電壓

在電動(dòng)機(jī)的額定電壓選擇上，應(yīng)該嚴(yán)格遵守我國(guó)的《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，在泵站的供電電壓高于35千伏的情況下，應(yīng)該將10千伏作為用戶(hù)的一級(jí)配電電壓。但是根據(jù)實(shí)際用電情況，如果6千伏用電設(shè)備的總?cè)萘科?，?千伏電壓成本更為低，則應(yīng)該將6千伏作為用戶(hù)的一級(jí)配電電壓，以達(dá)到節(jié)能減排的環(huán)保目的。

6.2 電動(dòng)機(jī)類(lèi)型

泵站電動(dòng)機(jī)在類(lèi)型上分為同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)，鑒于它們不同的功能和特性，應(yīng)該根據(jù)泵站的自身工作需求進(jìn)行合理選擇。

同步電動(dòng)機(jī)不僅僅投資資金過(guò)高，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜且維修工作量巨大，這是由于轉(zhuǎn)速受到電源頻率的影響而造成的，因此在日常工作中需要專(zhuān)門(mén)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制。但是，同步電動(dòng)機(jī)不但可以對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，更無(wú)需額外在工作過(guò)程進(jìn)行任何無(wú)功補(bǔ)償，可輕松完成泵站機(jī)組的高功率快速運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，同步電動(dòng)機(jī)還具備極強(qiáng)的抗干擾性能，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程具備高穩(wěn)定性，因此這種類(lèi)型的取水泵站具有運(yùn)轉(zhuǎn)速度慢、單機(jī)容量大以及運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的工作特性。

相對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)無(wú)論是在日常運(yùn)行的可靠性還是維護(hù)的便利性上都具有極為突出的優(yōu)勢(shì)，而且它的投資成本也更低。但是，功率因素偏小的缺陷讓一部電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中只有通過(guò)額外的無(wú)功補(bǔ)償才能符合供電部門(mén)的無(wú)功考核標(biāo)準(zhǔn)。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)功補(bǔ)償裝置的工作性能近年來(lái)得到了全面的改善，而且成本投入也相對(duì)以前更為合理。因此，由于排澇泵站對(duì)排水的可靠性要求較高且需要運(yùn)行時(shí)間補(bǔ)償，異步電動(dòng)機(jī)與無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備組合成為排澇泵站的最佳選擇，且其投資成本相比于同步電動(dòng)機(jī)有優(yōu)勢(shì)。

7　結(jié)語(yǔ)

在泵站工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先根據(jù)工程負(fù)荷情況和運(yùn)行方式，結(jié)合電力系統(tǒng)的電網(wǎng)現(xiàn)狀及系統(tǒng)規(guī)劃情況，合理選擇配電線(xiàn)路的電壓等級(jí)，確定合適的接線(xiàn)型式。然后根據(jù)泵站所處環(huán)境及負(fù)荷情況選擇優(yōu)質(zhì)電氣產(chǎn)品，如高效節(jié)能的變壓器，進(jìn)行開(kāi)關(guān)設(shè)備比選、同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)比較、啟動(dòng)方式比選等，并對(duì)所選設(shè)備進(jìn)行短路電流校驗(yàn)，最終確定泵站的一次設(shè)備選型方案?？傊谜倦姎庖淮卧O(shè)備的合理選型，是關(guān)系泵站安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，一次設(shè)備選型的經(jīng)濟(jì)、安全、合理，將能為泵站投入運(yùn)行后帶來(lái)最大效益。

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作者簡(jiǎn)介：李祖杰（1975年—），男，高級(jí)工程師。

收稿日期：2015-10-08

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.028

中圖分類(lèi)號(hào)：TV734

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-2469（2016）02-0075-02