一起利用隨機(jī)補(bǔ)償裝置處理設(shè)備過電流的案例

（新疆天業(yè)匯合新材料有限公司，石河子市，832000） 黃新南

1 設(shè)備簡況

新疆天業(yè)匯合新材料有限公司是年產(chǎn)100萬噸乙二醇在建項(xiàng)目，選址于新疆石河子市147團(tuán)22連的沙漠里，廠區(qū)占地1 600*1 000m2。建設(shè)項(xiàng)目在正式施工以前，施工現(xiàn)場應(yīng)達(dá)到水通、電通、道路通和場地平整等條件的“三通一平”困難重重。

為了兼顧各施工單體，綜合考慮后該項(xiàng)目的1#臨時(shí)配電室架設(shè)在廠區(qū)中間位置，供電系統(tǒng)圖如圖1。廠區(qū)整體規(guī)劃與東南角打一口大井，大井水泵電機(jī)功率110kW。1#臨時(shí)配電室采用交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電纜供電，當(dāng)時(shí)僅有ZR-YJV22-3*95+1*50規(guī)格的電纜可用，經(jīng)查相關(guān)參數(shù)，該規(guī)格電纜安全載流量為270A（土壤敷設(shè)），水泵額定電流208.92A。給該大井水泵敷設(shè)的電纜長度約為1 200m。

該大井水泵采用了羅克韋爾公司的150-F系列軟啟動(dòng)器,內(nèi)置旁路，具有完善的電氣量保護(hù)功能。

2 故障現(xiàn)象

從某天開始，大井水泵的運(yùn)行開始不那么正常了，故障開始出現(xiàn)：（1）設(shè)定軟啟動(dòng)器過載等級10，電機(jī)滿載電流208.92A。運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)故障代碼“overload過載”，大井跳停。（2）運(yùn)行中實(shí)測電流230±1A上下波動(dòng)。（3）軟啟動(dòng)器發(fā)熱明顯增大。（4）供電電纜溫升較以往升高較多。

3 故障分析

經(jīng)檢查核實(shí)，大井出水管道的閥門跟以前一樣保持全開狀態(tài)，管道壓力和流量基本沒什么變化，可見電流增大的原因并非是由于負(fù)荷變化或水泵卡殼堵轉(zhuǎn)、軸承損壞等原因造成的。

通過進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)：大井水泵運(yùn)行時(shí)，臨時(shí)配電室低壓母線段電壓為405V,大井水泵電機(jī)橡套線與ZR-YJV22-3*95+1*50規(guī)格供電電纜的接頭處（圖2所示J點(diǎn)）的線電壓只有343V左右，比水泵額定電壓380V低了約9.74%，功率因素cosφ1=0.80。

至此可以肯定：由于供電距離過長，造成的供電末端電壓降過大，水泵在過低的電壓下額定功率下運(yùn)行造成的電流升高。

4 方案的選擇

4.1 調(diào)整臨時(shí)配電室低壓母線電壓

根據(jù)文號(hào)GB 755-87，額定電壓Ue=380V三相異步電動(dòng)機(jī)其電壓波動(dòng)下限不宜超過5%，即不宜低于U1=380*95%=361V，此時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流I1=P/(1.732*U1*COSφ1）=110 000/（1.732/361/0.80）≈219.91A。供電末端電壓降ΔU1=I1R=I*（ρ*L/S1）=219.91*（0.01 740*1 200/95）≈48.33v，那么要求臨時(shí)配電室母線電壓調(diào)整到U2+ΔU1=405+48.33=453.33V。

式中：I1—電流，單位A；P—有功功率，單位W；Ue、U1—電壓，單位V；cosφ1—功率因素，該水泵名牌功率因數(shù)為0.80；ρ—導(dǎo)體電阻率，銅芯電纜0.01 740Ω·m；L—線路長度，單位m；S1—電纜的標(biāo)稱截面，單位mm2；ΔU1末端電壓降，單位V；U2—母線電壓。

臨時(shí)配電室變壓器檔位隨著施工用電負(fù)荷的不斷增大，已經(jīng)在最大檔位上，何況母線電壓要調(diào)到453.33V以上，系統(tǒng)中的其他用電設(shè)備必將過電壓運(yùn)行。本方案被否。

4.2 更換截面更大大的供電電纜

要使得供電末端電壓不低于361V,則末端電壓降ΔU2≤U2-U1=405-361V=44V。前面計(jì)算得出末端電壓361V時(shí)運(yùn)行電流為I1=219.91A，則最小截面要求 S2=I1*ρ*L/ΔU2=219.91*0.01740*1 200 /44=104.36mm2，選擇規(guī)格為ZR-YJV22-3*120+1*70的電纜型號(hào)。

由于電纜敷設(shè)時(shí)很多地方深埋，ZR-YJV22-3*120+1*70單價(jià)高，更換成本過高，本方案被否。

4.3 采用隨機(jī)補(bǔ)償裝置[1]提高功率因數(shù)

隨機(jī)補(bǔ)償就是在供電末端將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電動(dòng)機(jī)一起投切。

在臨時(shí)配電室低壓母線段電壓仍為405V，電纜截面不變?yōu)閆R-YJV22-3*95+1*50的情況下，末端電壓降ΔU2不大于44V，則要求此時(shí)水泵運(yùn)行電流（在圖二J點(diǎn)至電源側(cè)測得）不大于I2=S1*ΔU2/(ρ*L)=95*44/（0.01 740*1 200）=200.19A功率因素（在圖2J點(diǎn)至電源側(cè)測得）要求至少補(bǔ)償至cosφ2=P/（1.732*U1I2）=110 000/(1.732*361*200.19)≈0.88。

未進(jìn)行隨機(jī)補(bǔ)償前：cosφ1=0.8,查三角函數(shù)表可得：tgφ1=0.7239

隨機(jī)補(bǔ)償補(bǔ)償后：cosφ2=0.88,查三角函數(shù)表可得：tgφ2=0.5419需至少補(bǔ)償電容量：Qc=P*(tgφ1-tgφ2)=110 000*（0.7 239-0.5 419）=20.02kvar經(jīng)計(jì)算水泵的無功功率Q=tgφ1*P=0.7 239*110≈79.63kvar,庫房有50kvar的無功補(bǔ)償裝置正好可作為隨機(jī)補(bǔ)償裝置，且不會(huì)過補(bǔ)償。該方案可采用。

5 方案實(shí)施

5.1 如圖2所示，大井水泵橡套線與ZR-YJV22 -3*95+1*50規(guī)格供電電纜的接頭處（圖2中J點(diǎn)）直接并入一組50kvar的電容器作為隨機(jī)補(bǔ)償裝置。實(shí)施完畢后試運(yùn)行，軟啟動(dòng)器無法正常啟動(dòng)，即軟啟動(dòng)在啟動(dòng)過程中報(bào)“overload過載”跳停。經(jīng)分析隨機(jī)補(bǔ)償裝置直接與大井水泵并聯(lián)，啟動(dòng)過程中相當(dāng)于軟啟動(dòng)器同時(shí)帶兩個(gè)設(shè)備啟動(dòng)，但為了更好的保護(hù)水泵電機(jī)，軟啟動(dòng)的定值都是按大井水泵額定設(shè)

5.2 如圖3所示，在隨機(jī)補(bǔ)償裝置前加裝接觸器KM，KM的動(dòng)作線圈串入時(shí)間繼電器KT。當(dāng)啟動(dòng)大井水泵時(shí)，KT同時(shí)得電，延時(shí)待水泵啟動(dòng)完成后KT動(dòng)作KM吸合投入隨機(jī)補(bǔ)償裝置。方案實(shí)施完成后，大井水泵故障解決，設(shè)備運(yùn)行恢復(fù)正常，實(shí)測電氣參數(shù)值如下：cosφ3=0.96；運(yùn)行電流（在圖2J點(diǎn)至電源側(cè)測得）I3=174±0.5A；末端電壓U3=367±0.3V。

6 結(jié)束語

這個(gè)故障的分析解決過程為我們解決此類故障積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，也對電氣工作提供了一定的指導(dǎo)：（1）電氣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮供電半徑，非特殊情況不宜大于500m。（2）電纜線徑的選擇不宜過小，除了參考安全載流量外，還需充分重視供電距離過引起的電壓損失。（3）對于長距離大負(fù)荷供配電，供配電設(shè)備應(yīng)考慮容量放大一點(diǎn)。（4）除了配電室母線段進(jìn)行集中無功補(bǔ)償外，也可根據(jù)情況對一些設(shè)備進(jìn)行隨機(jī)就地分散補(bǔ)償。