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，會使供電系統產生電壓波動，該波動會影響供電系統的正常運行，嚴重時會造成人身設備故障。因此如何計算電動機啟動時所產生的電壓波動，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》規定：電力系統公共連接點，由波動負荷產生的電壓變動限值和變動頻度、電壓等級有關，對變動頻度r≤1(次/h)的高壓HV(35

按《通用用電設備配電設計規范》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%。在保證生產設備所需要的啟動轉矩下，又不影響其他用電設備正常運行時，啟動電壓可允許為20%或者更大。

GB/T50265-2010《泵站設計規范》第10.5.1規定“機組應優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備的動穩定和熱穩定。

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矩大于生產設備的靜阻轉矩，即：

(1)

3 實際案例計算

3.1 已知條件設定

以某排澇泵站為例，站內最大裝機容量設備豎井貫流泵，水泵運行揚程范圍內的水泵最大軸功率出現在最大揚程工況，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K=1600/1279=1.25>1.1，滿足規范要求。

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0.86，額定效率95.8%，額定電流112.1A,電機額定轉速993轉/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供電時，電動機啟動計算公式參考《工業與民用供配電設計手冊》(第四版)。

根據已知條件整理如下：

1、全壓啟動，啟動倍數Kst為6-7倍，本次計算取Kst=7倍。

Ssc=200MVA(最小運行方式下系統短路容量)

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(最近變電站的主變容量) 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，其他基礎參數均相同，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，且轉矩UstM=0.84≥0.55，可滿足要求。

4 結 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，電壓質量不穩定，尤其是一些處于電網末端的泵站，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，不經濟。因此，建議供電部門變電站內主變壓器采用有載調壓變壓器，來滿足本地區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，且更為經濟。