泵站工程一次電氣設備的選型方法

李祖杰

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西太原030024）

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泵站工程一次電氣設備的選型方法

李祖杰

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西太原030024）

摘要：在水利項目中，泵站發揮著重要的作用，泵站的建設、運行的穩定和安全與泵站一次設備的選型息息相關。本文針對泵站的開關設備、電源、變壓器、互感器、電動機的選型方法進行了論述，合理的設備選型為水利工程帶來最大的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：泵站；一次電氣；開關設備；電動機

在現實的環境中，灌溉、調水、防洪等項目的推進都依賴泵站的建設與管理。在過去的一段時期里，我國泵站設計以及建設領域的發展較為快速，在專業技術與理論的支撐下，泵站所能夠發揮出來的效益日趨提升，滿足了國家及百姓對于基礎設施建設的要求，這些成績的取得與各環節技術升級以及各項管理措施的強化密不可分。

1　泵站一次電氣設備選型原則

1.1 保證泵站一次電氣設備達到使用目標

泵站的運行不僅負荷較大，極易出現故障，而且日常檢修工作也極為復雜。為此，在建設或改造泵站時，需要根據泵站開關設備、電源、變壓器、互感設備、電動機等在實際工作中具體使用目標的要求，對泵站一次電氣設備進行科學選型，從而保證設備在投入使用以后的穩定性與經濟性。

1.2 保證泵站電氣設備的安裝及維修便利

泵站一次電氣設備的選型不僅與電力用戶的使用要求及成本內容有關，還需從安裝、技術層面上分析泵站一次電氣設備在應用過程中所能夠發揮出來的實際性能，進而在項目中利用設備的最大效用來推進生產，以此提升泵站建設或改造后的經濟效益與社會效益。除此以外，循環水泵設備運行故障的檢修工作主要通過提高設備質量、確保設備及時檢修與維護等措施來完成的，因此，在實踐過程中，相關的工作人員要適時對泵站設備進行狀態監測，查看該類型設備是否能夠滿足當前泵站的運行要求，如若不然，就需要對泵站進行適當的改造處理。

2　泵站電源

在實際的泵站工程設計以及建造過程中，泵站電源的線路電壓等級、線路回數與泵站工程的設計或施工目標有著直接的關系。對于泵站電源設計工作而言無論是線路電壓等級還是線路回數都應該根據設備的使用目標要求以及設計成本等內容來進行確定。另外，在設備的安裝過程中，還需要考慮設備本身的安裝條件是否達到設計的實際要求。所以，要想保證泵站用電負荷的可靠性，實現泵站運行的安全性、經濟性與高效性，務必要求泵站設計者在設計之初就從泵站自身以及環境的綜合角度出發，合理選擇泵站電源的電壓等級和線路回數。

2.1 線路電壓等級

泵站環境中的輸電電壓越高，對泵站一次電氣設備的絕緣性要求也就越高，因此，線路電壓等級的選擇將會直接影響到電力設備的投資成本。然而實體項目的運作過程中，泵站傳送電流與輸電電壓大小呈現的是負相關，高電壓會導致電流的變小，對應需要的導線截面也會變小，從而讓泵站線路設施方面的成本得以大幅度降低。根據我國泵站設計經驗，線路電壓等級可以根據表1進行選擇。泵站設計需要從泵站的現狀和長遠角度出發，綜合分析線路的有色金屬原材料、絕緣材料和人工費用等客觀因素，保證線路電壓等級的科學性、合理性，用最低的成本投入達到泵站的最佳運行效果。

表1　設計費用最小化對照參考表

2.2 線路回路數

我國相關的泵站供電設計規定中將二級負荷定義為會引發重大經濟損失或導致相關重要用電單位的日常工作無法正常進行的中斷供電。而《供配電系統設計規范》進一步要求，在對二級負荷的供電系統進行設計時，應該采用雙回路供電，從而保證可以通過不低于一回六千伏的架空線路實現二級負荷對供電負荷較小的地區或較難實現正常供電地區的供電工作。

在泵站電源的線路回路數選擇上，應該根據泵站日常運轉的負荷大小和周邊線路走廊的實際情況進行妥善選擇。如果泵站的負荷較大，應該設計為雙回路電源，在增強泵站供電的安全性之余，也為泵站的擴容做好鋪墊，避免由于日后的線路走廊緊張等影響泵站電源的正常供電。

3　泵站變壓器

變壓器設備是由一次線圈、二次線圈與鐵芯所構成的，是泵站變配電的主要組成部分。從變壓器的功能來看，它主要起到了升降泵站電壓以及穩定電壓等作用。因此，根據不同的泵站環境來選擇不同類型的變壓器設備較為關鍵。在主變設備選型過程中，不僅需要考量設備的使用目標，還需要考慮電力用戶電力設備的實際電力載荷。此外，由于主變設備是泵站一次電氣設備的核心設備，因此還需要考量變壓器設備的容量值指標，以及泵站的電壓、電流情況等因素。為了延長泵站常用的一次電氣設備的使用年限，需要對水泵機組自身安裝狀況進行檢查，防止由于機械振動所引起的設備不平衡故障的發生，保障泵站設備在使用過程中的安全性。

4　開關設備

開關設備在電力系統運行管理中較為重要，泵站電流的控制和調整與開關裝置的性能有著密切的聯系，因此，在泵站建設的過程中，開關設備的選型是否合理是泵站一次電氣設備選型的關鍵內容。在實踐中發現，泵站用開關設備品種繁多，型號各異，這就給用戶在選型時制造一些障礙。從以往的工作經驗來看，開關設備的優劣取決于斷路器裝置的靈敏度及可靠性，同時，電氣性能的安全性也是選擇泵站開關設備的決定性因素。

5　泵站互感器設備

從設備的工作原理角度來看，泵站所使用的互感器裝置與變壓器設備的原理相類似，都是將高電壓或是密集型電流轉化成為低電壓與弱電流，使其與整個泵站的繼電保護環境相協調，以此來維護泵站運行過程的安全性與穩定性。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環境的變流比數值有關，變流比是指一次線圈額定電流與二次線圈額定電流數據的比值。為了防止電流互感器在使用的過程中被損毀，則需要限制二次負載量的無限制增加，并最終確定電流互感器的等級，使其維持在合理的范圍之內，這就與電流互感器設備的應用環境以及設備的安裝方法等因素有著密切關聯。由此可見，影響電流互感器選型的因素較為復雜。同樣，電壓互感器的選型也需要遵循一定的原則來執行，從而滿足設備應用環境中對其絕緣形式、設備安裝結構等內容的要求，簡單來說，電壓互感器設備的選型與其本身的額定容量有著直接關系，為了滿足設備的精度要求，則使其額定容量調整至25%至最大額定容量之間。

6　泵站電動機

6.1 額定電壓

在電動機的額定電壓選擇上，應該嚴格遵守我國的《供配電系統設計規范》的要求，在泵站的供電電壓高于35千伏的情況下，應該將10千伏作為用戶的一級配電電壓。但是根據實際用電情況，如果6千伏用電設備的總容量偏大，但6千伏電壓成本更為低，則應該將6千伏作為用戶的一級配電電壓，以達到節能減排的環保目的。

6.2 電動機類型

泵站電動機在類型上分為同步電動機和異步電動機，鑒于它們不同的功能和特性，應該根據泵站的自身工作需求進行合理選擇。

同步電動機不僅僅投資資金過高，而且結構復雜且維修工作量巨大，這是由于轉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門的調節系統對其進行控制。但是，同步電動機不但可以對功率因數進行無級調節，更無需額外在工作過程進行任何無功補償，可輕松完成泵站機組的高功率快速運轉。另外，同步電動機還具備極強的抗干擾性能，運轉過程具備高穩定性，因此這種類型的取水泵站具有運轉速度慢、單機容量大以及運行時間長的工作特性。

相對于同步電動機，異步電動機無論是在日常運行的可靠性還是維護的便利性上都具有極為突出的優勢，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機在運轉過程中只有通過額外的無功補償才能符合供電部門的無功考核標準。然而，隨著科學技術的不斷進步，無功補償裝置的工作性能近年來得到了全面的改善，而且成本投入也相對以前更為合理。因此，由于排澇泵站對排水的可靠性要求較高且需要運行時間補償，異步電動機與無功補償設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機有優勢。

7　結語

在泵站工程設計中，應首先根據工程負荷情況和運行方式，結合電力系統的電網現狀及系統規劃情況，合理選擇配電線路的電壓等級，確定合適的接線型式。然后根據泵站所處環境及負荷情況選擇優質電氣產品，如高效節能的變壓器，進行開關設備比選、同步電動機與異步電動機比較、啟動方式比選等，并對所選設備進行短路電流校驗，最終確定泵站的一次設備選型方案。總之，泵站電氣一次設備的合理選型，是關系泵站安全、穩定運行的重要環節，一次設備選型的經濟、安全、合理，將能為泵站投入運行后帶來最大效益。

參考文獻

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作者簡介：李祖杰（1975年—），男，高級工程師。

收稿日期：2015-10-08

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.028

中圖分類號：TV734

文獻標識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）02-0075-02