農(nóng)村小型電排站電氣設(shè)計(jì)及設(shè)備選型

陳亮

摘 要：? 電排站是保證農(nóng)村泵站等電氣設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的重要基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)合理性以及設(shè)備選型科學(xué)性至關(guān)重要。本文以農(nóng)村小型電排站為例，對(duì)其電氣設(shè)計(jì)及設(shè)備選型要點(diǎn)與對(duì)策進(jìn)行了重點(diǎn)探討。

關(guān)鍵詞：? 農(nóng)村;小型電排站;電氣設(shè)計(jì);設(shè)備選型

【中圖分類號(hào)】TV734? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A? ? ?【文章編號(hào)】1674-3733（2020）06-0138-01

在農(nóng)村水利工程建設(shè)與規(guī)劃發(fā)展中，電排站發(fā)揮著非常重要的作用。而小型電排站設(shè)計(jì)中涉及到眾多泵站，這在發(fā)揮其排水功能的同時(shí)可以為農(nóng)村的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供必要的水資源。而電氣設(shè)計(jì)以及設(shè)備選型的合理性關(guān)系最終電排站設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量，加強(qiáng)其科學(xué)設(shè)計(jì)研討意義重大。

1 主變壓器設(shè)計(jì)及選型要點(diǎn)

1.1 強(qiáng)化容量選擇和電機(jī)啟動(dòng)方式之間的聯(lián)系性。

農(nóng)村小型排電站設(shè)計(jì)中所涉及到的電壓線路等級(jí)與電動(dòng)機(jī)分別為10kV和0.38kV，所以在對(duì)其變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)與選擇期間適宜確定10/0.4kV這一基本規(guī)格，同時(shí)設(shè)計(jì)中需要盡量降低整體建設(shè)成本。如果回路當(dāng)中所涉及到的電動(dòng)機(jī)容量比30%總變壓器容量更小，那么其所形成的瞬時(shí)電流達(dá)到了7倍的平均額定電流值，相應(yīng)的母線電壓壓降縮減幅度會(huì)控制在15%之內(nèi)。正常會(huì)采取如下述兩種處理方式：其一，可以采取全壓直接驅(qū)動(dòng)方法，即基于放大變壓器的實(shí)際容量，適當(dāng)?shù)靥岣咂浠说膯?dòng)電壓。但是卻容易耗費(fèi)比較多的成本，并且會(huì)浪費(fèi)比較多的變壓器容量。其二，降壓?jiǎn)?dòng)方式。該種設(shè)計(jì)方式在于通過額外增設(shè)一臺(tái)匹配降壓?jiǎn)?dòng)裝置來縮小電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)對(duì)整個(gè)電路帶來的沖擊與影響，顯著改善電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性與安全性。

1.2 強(qiáng)化容量選擇和水泵軸功率之間的聯(lián)系性。

在選擇主變壓器容量期間，通過對(duì)比電動(dòng)機(jī)功率和水泵軸功率可知而知二者之間存在比較大的差距性。一般農(nóng)村小型電排站的對(duì)應(yīng)裝機(jī)功率為2×200kW，而水泵軸功率的單機(jī)峰值可以達(dá)到180.3kW，所以要結(jié)合實(shí)際的運(yùn)行和使用需求來專門選擇和應(yīng)用適宜的電壓變壓器。根據(jù)實(shí)際計(jì)算與分析可知，如果依據(jù)電動(dòng)機(jī)功率來對(duì)變壓器的類型進(jìn)行選擇，那么最終所設(shè)計(jì)的容量會(huì)超過20%以上，同時(shí)整個(gè)電路當(dāng)中配套的繼電器、電纜規(guī)格以及開關(guān)總閘等都要注意提升對(duì)應(yīng)的自身等級(jí)，提高成本的投入力度。

1.3 選擇適宜型號(hào)的變壓器設(shè)備。

伴隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推廣和普及，環(huán)保、節(jié)能等要求越來越高，所以設(shè)計(jì)階段中的變壓器型號(hào)選擇同樣需要考慮其節(jié)能性。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，基于型號(hào)的不同可以將油浸式變壓器劃分為S7～9三個(gè)基本規(guī)格。如果容量保持一致，S9型號(hào)的變壓器在空載或負(fù)載運(yùn)行下的損耗率都更低，尤其是結(jié)合我國(guó)相關(guān)方面的管理規(guī)章與制度可知，當(dāng)前農(nóng)村小型電排站設(shè)計(jì)中已經(jīng)不允許使用S7型，所以在實(shí)際的變壓器選型過程中可以盡可能地運(yùn)用S9型。

2 站用電設(shè)計(jì)及選型要點(diǎn)

在站用電設(shè)計(jì)及選型階段，一般農(nóng)村小型電排站中重點(diǎn)考慮下述幾個(gè)方面的內(nèi)容：其一，以電排站周邊的電網(wǎng)電源作為能源供應(yīng)主體，為電排站處于休整期時(shí)提供充足的電能，而不必須要專門家舍站用變壓器設(shè)備。其二，要科學(xué)假設(shè)專門用的站用變壓器，一般其高壓側(cè)需要同自主變壓器高壓端進(jìn)行連接，而其低壓側(cè)則相應(yīng)地使用0.4kV的專用變壓器。其三，可以從電動(dòng)機(jī)母線上面直接取得站用電所需的電能。

3 電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)及選型要點(diǎn)

3.1 電動(dòng)機(jī)的選型。

水泵負(fù)載和電排站之間會(huì)相應(yīng)地設(shè)置電機(jī)，其在排澇階段時(shí)會(huì)一直保持持續(xù)性作業(yè)，不需要進(jìn)行頻繁啟動(dòng)操作，所以在對(duì)水泵進(jìn)行設(shè)計(jì)或選型期間要確保額定功率要適當(dāng)?shù)卮笥谄湄?fù)載功率，這樣可以保證其更好地處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。通常而言，農(nóng)村地區(qū)常用的小型電排站設(shè)計(jì)與選型中需要綜合考慮后期維護(hù)以及綜合成本投入等因素，盡可能地選擇配套于水泵的恰當(dāng)類型的交流異步電動(dòng)機(jī)。比如，如果不需要過大的啟動(dòng)玩具，那么電動(dòng)機(jī)可以選擇鼠籠型，否則則可以應(yīng)用繞線式，力求通過恰當(dāng)類型的電動(dòng)機(jī)來全面提升電排站設(shè)計(jì)的整體效果。

3.2 電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式設(shè)計(jì)。

在對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)期間需要首先對(duì)啟動(dòng)瞬間電流峰值是否顯著大于額定電流，或者啟動(dòng)狀態(tài)下轉(zhuǎn)矩是否達(dá)到水泵轉(zhuǎn)矩限值等進(jìn)行綜合考慮，這是保證啟動(dòng)方式設(shè)計(jì)效果的重要保障。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式期間，可以結(jié)合所選電動(dòng)機(jī)的具體類型選擇差異化的啟動(dòng)方式，具體如下：

（1） 針對(duì)鼠籠型的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)而言，其可以分成全壓直接啟動(dòng)方式與降壓?jiǎn)?dòng)方式兩種類型。其中前者主要是電動(dòng)機(jī)載荷的理論電壓降小于15%額定電壓的條件下;后者則是面向于中大容量的電動(dòng)機(jī)（>15%額定電壓），否則如果直接啟動(dòng)那么可能會(huì)給干路電壓造成嚴(yán)重的沖擊。在啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)期間，電壓降同主變壓器與系統(tǒng)容量、工作機(jī)組數(shù)量等之間都具有緊密聯(lián)系，并且一般變壓器容量與系統(tǒng)容量之間表現(xiàn)為正比關(guān)系。

（2）針對(duì)繞線型的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)而言，主要適用于大容量或中容量電動(dòng)機(jī)且面對(duì)重型荷載的啟動(dòng)作業(yè)。在實(shí)際的處理過程中，可以借助串接電動(dòng)機(jī)和電阻的方式來對(duì)啟動(dòng)電流本身的峰值進(jìn)行縮減，以此可以大大增加實(shí)際的轉(zhuǎn)矩。如果該種類型的電動(dòng)機(jī)本身需要進(jìn)行頻繁啟動(dòng)，并且電機(jī)本身具有比較小的電機(jī)容量，但是卻需要在短期時(shí)間內(nèi)反復(fù)進(jìn)行啟動(dòng)作業(yè)，那么就會(huì)持續(xù)通過比較大的電流，且會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)期，這樣必然會(huì)釋放出比較多的熱量，容易誘發(fā)比較嚴(yán)重的安全事故。針對(duì)這種情況，可以在對(duì)電機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行控制期間采取外接電阻的方式，這樣可以避免反復(fù)啟動(dòng)該種類型電機(jī)而誘發(fā)發(fā)熱安全隱患，相應(yīng)的熱量實(shí)際上轉(zhuǎn)嫁到了所外接的電阻上面。

3.3 電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)器設(shè)計(jì)及選型。

在當(dāng)前的農(nóng)村小型電排站設(shè)計(jì)過程中最為常用的電動(dòng)機(jī)類型為鼠籠型，其一般會(huì)采取軟啟動(dòng)器或自耦降壓?jiǎn)?dòng)器兩種設(shè)計(jì)及選型方案。但是它們本身各有各自的優(yōu)點(diǎn)與不足，具體表現(xiàn)如下：

（1）針對(duì)軟啟動(dòng)器而言，結(jié)合實(shí)際的啟動(dòng)過程數(shù)據(jù)可知，可以通過記錄軟啟動(dòng)器的相應(yīng)電機(jī)特性曲線數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，相應(yīng)地繪制成專門的曲線圖。如果繪制所得到的性能曲線具有良好的平順性能，那么可以具有很強(qiáng)的啟動(dòng)電流調(diào)整性，相應(yīng)的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間也比較短。

（2） 針對(duì)自耦減壓?jiǎn)?dòng)器設(shè)計(jì)及選型而言，其實(shí)際應(yīng)用中容易增加啟動(dòng)電流，這樣會(huì)嚴(yán)重沖擊設(shè)備，這種啟動(dòng)方式表現(xiàn)為一段段構(gòu)成的梯形隊(duì)列方式，并且整體的啟動(dòng)器設(shè)備操作起來比較笨重，但是其實(shí)際的使用壽命要遠(yuǎn)大于軟啟動(dòng)器。

總之，小型電排站是農(nóng)村地區(qū)一類重要的水利工程基礎(chǔ)設(shè)施，要從設(shè)計(jì)視角與實(shí)際應(yīng)用視角進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，針對(duì)變壓器、站用電、電動(dòng)機(jī)以及電容補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)與選型，要結(jié)合實(shí)際的需求和要求進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)和合理選擇，保證可以更好地發(fā)揮其在提升電排站設(shè)計(jì)效果方面的積極作用。

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