惠州大堤加固工程白沙仔排澇站異步電機(jī)與同步電機(jī)混合運(yùn)行及無功補(bǔ)償方案的論證

梁世皎

摘??要：針對(duì)白沙仔排澇站機(jī)電部分專業(yè)特點(diǎn)，介紹了電動(dòng)機(jī)選型、異步電機(jī)與同步電機(jī)混合運(yùn)行、高壓無功補(bǔ)償方案、功率因數(shù)等。

關(guān)鍵詞：排澇站;機(jī)電設(shè)計(jì);無功補(bǔ)償;功率因數(shù)

中圖分類號(hào)：TM761.1????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.027

白沙仔排澇站總裝機(jī)容量為8×710?kW=5?680?kW，排澇設(shè)計(jì)流量61?m3/s，共分兩期工程實(shí)施，其中一期工程裝機(jī)4臺(tái)泵組設(shè)備，每臺(tái)水泵配套710?kW異步電動(dòng)機(jī)，于2000年投入運(yùn)行;二期工程于2008年開始實(shí)施，增加4臺(tái)泵組設(shè)備，每臺(tái)水泵配套電動(dòng)機(jī)功率為710?kW。

本文針對(duì)水泵電機(jī)選型為均配套同步電機(jī)、均配套異步電機(jī)和電容補(bǔ)償裝置或異步與同步電動(dòng)機(jī)混合方式運(yùn)行三種組合方式進(jìn)行比較，同時(shí)對(duì)投入運(yùn)行臺(tái)數(shù)與無功補(bǔ)償?shù)呐浜线M(jìn)行論證，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選取有利于系統(tǒng)穩(wěn)定、滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T?50265—97關(guān)于泵站無功就地平衡、功率因數(shù)不低于0.9的規(guī)定的最優(yōu)組合方案，以保證機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)簡(jiǎn)便，節(jié)約投資。

1??電動(dòng)機(jī)機(jī)型的選擇

本工程電機(jī)額定電壓均采用10?kV等級(jí)，雖然較6?kV電壓等級(jí)的電機(jī)造價(jià)高20%，但額定電流相應(yīng)減少約40%，有利于配套電氣設(shè)備的選型。近年來，10?kV等級(jí)的電氣設(shè)備也逐年增加，目前國內(nèi)電機(jī)生產(chǎn)廠家的制造能力都能滿足本工程要求。

《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T?50265—97）10.4.3條規(guī)定“主電動(dòng)機(jī)的單機(jī)額定容量在630?kW及以上時(shí)，宜用同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償”。異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行、維護(hù)方便，起動(dòng)力矩大、造價(jià)較低優(yōu)勢(shì)，但需要裝設(shè)電容器組進(jìn)行無功補(bǔ)償。由于國內(nèi)排澇泵站運(yùn)行時(shí)間較短，且大部分泵站存在長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)行的情況，電容器普遍存在運(yùn)行不穩(wěn)定等問題，特別是油浸式電容器，常發(fā)生漏油等事故，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等的正常運(yùn)行非常不利。目前雖然已經(jīng)有干式電容器組，但投入時(shí)間不長(zhǎng)，運(yùn)行效果尚待證實(shí)。另外，電容器組發(fā)熱耗能量較大，運(yùn)行不節(jié)能，占地面積大，不利于廠房布置。同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)比異步電機(jī)多了碳刷、滑環(huán)和勵(lì)磁系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)相對(duì)不便，且其起動(dòng)力矩較小、造價(jià)較高。同步電機(jī)起動(dòng)力矩雖較小，但能滿足本泵站的電機(jī)起動(dòng)要求，且其功率因數(shù)高，電機(jī)起動(dòng)電流較小，對(duì)電網(wǎng)沖擊小，可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時(shí)可以給系統(tǒng)提供無功，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，與異步電機(jī)合理配合使用還可以節(jié)省無功補(bǔ)償設(shè)備的投資，達(dá)到就地平衡的目的。因此，對(duì)于機(jī)組臺(tái)數(shù)較多的大型泵站，采用異步電機(jī)與同步電機(jī)混合運(yùn)行方案是有優(yōu)勢(shì)的，表1為機(jī)型組合方案。

表1??機(jī)型組合方案

方案

2??無功補(bǔ)償分析及調(diào)度運(yùn)行方案的確定

按設(shè)計(jì)的電源供電方式，本泵站采用單母線接線，采用10?kV電源一回專線進(jìn)行供電，所有機(jī)電均接于同一母線上，現(xiàn)確定異步電機(jī)所需的無功功率和同步電機(jī)的補(bǔ)償能力。電機(jī)的基本參數(shù)如表2所示。

表2??電機(jī)基本參數(shù)

式（1）（2）（3）中：Pca為有功計(jì)算負(fù)荷，kW;Qca為無功計(jì)算負(fù)荷，kVar;Qc為無功補(bǔ)償容量，kVar;φ1，φ2為補(bǔ)償前后功率因數(shù)角。

式（4）中：Sn為同步電動(dòng)機(jī)的額定視在功率;φn為同步電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù)角;β為同步電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率，取0.9;γ為同步電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的無功功率增加系數(shù)，取0.36.

將數(shù)據(jù)代入式（4）中可得Qm=710/0.9×[0.44+0.36×（1-0.9）]=371?kVar。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，本泵站每臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償能力略大于每臺(tái)異步電機(jī)所需的無功補(bǔ)償容量，滿足運(yùn)行要求的組合有1臺(tái)異步電動(dòng)，4臺(tái)同步電機(jī);1臺(tái)異步電動(dòng)，3臺(tái)同步電機(jī);1臺(tái)異步電動(dòng)，2臺(tái)同步電機(jī);1臺(tái)異步電動(dòng)，1臺(tái)同步電機(jī);2臺(tái)異步電動(dòng)，4臺(tái)同步電機(jī);2臺(tái)異步電動(dòng)，3臺(tái)同步電機(jī);2臺(tái)異步電動(dòng)，2臺(tái)同步電機(jī);3臺(tái)異步電動(dòng)，4臺(tái)同步電機(jī);3臺(tái)異步電動(dòng)，3臺(tái)同步電機(jī);4臺(tái)異步電動(dòng)，4臺(tái)同步電機(jī)。

根據(jù)以上組合分析，只需投入同步電機(jī)臺(tái)數(shù)大于或等于投入異步電機(jī)臺(tái)數(shù)，功率因數(shù)均大于0.9，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T?50265—97關(guān)于泵站無功就地平衡、功率因數(shù)不低于0.9的規(guī)定即可。

3??結(jié)束語

據(jù)了解，國內(nèi)同類型的抽水泵站中，東深供水改造工程就采用同步電機(jī)—異步電機(jī)混合運(yùn)行組合方式解決無功補(bǔ)償問題，并且取得了很好的運(yùn)行效果，運(yùn)行機(jī)組的綜合功率因數(shù)均在0.92以上，超過了設(shè)計(jì)理論指標(biāo)值。同步電機(jī)—異步電機(jī)混合運(yùn)行組合方式適用于本泵站，對(duì)無功就地平衡也是可行、有實(shí)效的。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國水利部.GB/T?50265—97?泵站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，1997.