排澇泵站高壓異步電動機啟動壓降的計算

朱春艷

(深圳市深水水務咨詢有限公司，廣東 深圳 518000)

1 概 述

在大(中)型排澇泵站中水泵電機啟動時的沖擊負荷，會使供電系統(tǒng)產(chǎn)生電壓波動，該波動會影響供電系統(tǒng)的正常運行，嚴重時會造成人身設(shè)備故障。因此如何計算電動機啟動時所產(chǎn)生的電壓波動，對正確選擇電機啟動方式具有非常重要的意義。

2 電機啟動方式選擇

在深圳市排水工程中，排澇泵多數(shù)為籠式異步電動機，電動機的啟動方式一般有全壓啟動、降壓啟動、變頻啟動三種，降壓啟動又分為：電阻降壓、星三角降壓、自耦變壓器降壓、軟啟動降壓等，文章中降壓啟動主要采用軟啟動降壓啟動來分析[1]。

在排澇泵站中，電動機的啟動常規(guī)啟動方式為：全壓啟動，當不能滿足全壓啟動條件下采用軟啟動降壓啟動方式。

2.1 全壓啟動

籠式異步電動機應優(yōu)先選用全壓啟動。全壓啟動時應滿足以下條件。

1)啟動時電壓降不得超過允許值

國家標準GB/T 12325—2008《供電電壓偏差》[3]規(guī)定：35kV及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過標稱電壓的10%；20kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的±7%。國家標準GB/T12326—2008《電壓波動和閃變》規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點，由波動負荷產(chǎn)生的電壓變動限值和變動頻度、電壓等級有關(guān)，對變動頻度r≤1(次/h)的高壓HV(35

按《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范》GB50055-2011的2.2.2及2.2.3中要求：配電母線上接有照明或其他對電壓波動較敏感的負荷，電動機頻繁起動時，不宜低于額定電壓的90%；電動機不頻繁起動時，不宜低于額定電壓的85%。在保證生產(chǎn)設(shè)備所需要的啟動轉(zhuǎn)矩下，又不影響其他用電設(shè)備正常運行時，啟動電壓可允許為20%或者更大。

GB/T50265-2010《泵站設(shè)計規(guī)范》第10.5.1規(guī)定“機組應優(yōu)先采用全電壓直徑啟動方式，母線電壓降不宜超過額定電壓的15%”。

同時電動機啟動應按供電系統(tǒng)最小運行方式和機組最不利組合形式進行計算。

2)啟動容量供電變壓器的過負荷能力。

籠式電動機允許全壓啟動的的功率和電源容量之間的關(guān)系見下表：

表1 按電源容量允許全壓啟動的籠式電動機功率

3)啟動時，應保證電動機及其啟動設(shè)備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。

4)電動機在啟動時，機械能承受電動機全壓啟動時的沖擊轉(zhuǎn)矩，并且配電母線電壓降及電機端子電壓降能滿足要求，應優(yōu)先選用全壓啟動，而不是降壓啟動。

2.2 降壓啟動

降壓啟動時電動機的端電壓應保證其啟動轉(zhuǎn)矩大于生產(chǎn)設(shè)備的靜阻轉(zhuǎn)矩，即：

(1)

3 實際案例計算

3.1 已知條件設(shè)定

以某排澇泵站為例，站內(nèi)最大裝機容量設(shè)備豎井貫流泵，水泵運行揚程范圍內(nèi)的水泵最大軸功率出現(xiàn)在最大揚程工況，水泵軸功率為1279kW。

選擇配套電機的功率為1600kw，共4臺。

儲備系數(shù)K=1600/1279=1.25>1.1，滿足規(guī)范要求。

配套電機：YKS630-6中型高壓三相異步電動機，額定電壓10kV，額定功率1600kW，額定電流額定功率因數(shù)0.86，額定效率95.8%，額定電流112.1A,電機額定轉(zhuǎn)速993轉(zhuǎn)/分，重量8700kg。

距離泵站最近的變電站距離約為1km，其10KV電纜采用ZR-YJV22-8.7/15KV-3X300mm2電纜。

3.2 全壓啟動

按無限電源容量系統(tǒng)供電時，電動機啟動計算公式參考《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》(第四版)。

根據(jù)已知條件整理如下：

1、全壓啟動，啟動倍數(shù)Kst為6-7倍，本次計算取Kst=7倍。

Ssc=200MVA(最小運行方式下系統(tǒng)短路容量)

Pd=1600KW，cosФd=0.86,N=4

電動機啟動容量SstM=Kst*Sd+(N-1)Sd=7*1.94+3*1.94=19.4MVA

(電動機啟動容量按最不利情況下計算，即母線上運行3臺時，啟動另外一臺高壓水泵。)

SrT=80MVA(最近變電站的主變?nèi)萘? Uk=18.5%

線路電抗值X1=(0.09+6.1/S)*L=(0.09+6.1/300)*1=0.11，L=1km，S=300mm2(當用于10KV交聯(lián)聚乙烯電纜且電纜截面>150mm2時，X1取(0.09+6.1/S)*L)

則可得：

預接負荷側(cè)cosφ=0.9，η=70%，則SL=80*0.7=56MVA

則可計算：

由上述計算可知，上級取電變電站負荷率在70%時，不能滿足全壓啟動母線上壓降≥0.85的要求，故不能采用全壓啟動。

3.3 軟啟動，啟動倍數(shù)為3-3.5倍，本次計算按3.3倍

除電動機額定啟容量不同，其他基礎(chǔ)參數(shù)均相同，不再重復，SstM=KstSd+(N-1)Sd=3.3*1.94+3*1.94=12.23MVA

由上述計算可知，上級取電變電站負荷率在70%時，軟啟動時母線上壓降也不能滿足≥0.85的要求。因此調(diào)整10KV主接線，采用單母線分段，每段10KV母線上各接2臺10KV的1600KW電動機，2段10KV母線并列運行，則進行復算：

SstM=KstSd+(2-1)Sd=3.3*1.94+1.94=8.35MVA

Ustb=0.85，且轉(zhuǎn)矩UstM=0.84≥0.55，可滿足要求。

4 結(jié) 論

深圳市排澇泵站年運時間在4月-10月，開停機組頻繁，負荷啟落較大，多機組運行時電壓降落更大，電壓質(zhì)量不穩(wěn)定，尤其是一些處于電網(wǎng)末端的泵站，其壓降可達到20%或者以下，這時若再開一臺機組，就有可能引起電動機低壓電壓保護而動作跳閘。如果采用加大變電站至泵站10KV供電電纜的截面，其增加的造價過高，不經(jīng)濟。因此，建議供電部門變電站內(nèi)主變壓器采用有載調(diào)壓變壓器，來滿足本地區(qū)沖擊性負荷在用電高峰期接入時，供電電壓波動的需求，其效果明顯比增大10KV供電電纜好，且更為經(jīng)濟。