惠州大堤加固工程白沙仔排澇站異步電機與同步電機混合運行及無功補償方案的論證

梁世皎

摘??要：針對白沙仔排澇站機電部分專業特點，介紹了電動機選型、異步電機與同步電機混合運行、高壓無功補償方案、功率因數等。

關鍵詞：排澇站;機電設計;無功補償;功率因數

中圖分類號：TM761.1????????????文獻標識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.027

白沙仔排澇站總裝機容量為8×710?kW=5?680?kW，排澇設計流量61?m3/s，共分兩期工程實施，其中一期工程裝機4臺泵組設備，每臺水泵配套710?kW異步電動機，于2000年投入運行;二期工程于2008年開始實施，增加4臺泵組設備，每臺水泵配套電動機功率為710?kW。

本文針對水泵電機選型為均配套同步電機、均配套異步電機和電容補償裝置或異步與同步電動機混合方式運行三種組合方式進行比較，同時對投入運行臺數與無功補償的配合進行論證，通過技術經濟比較，選取有利于系統穩定、滿足國家標準GB/T?50265—97關于泵站無功就地平衡、功率因數不低于0.9的規定的最優組合方案，以保證機組運行穩定、維護簡便，節約投資。

1??電動機機型的選擇

本工程電機額定電壓均采用10?kV等級，雖然較6?kV電壓等級的電機造價高20%，但額定電流相應減少約40%，有利于配套電氣設備的選型。近年來，10?kV等級的電氣設備也逐年增加，目前國內電機生產廠家的制造能力都能滿足本工程要求。

《泵站設計規范》（GB/T?50265—97）10.4.3條規定“主電動機的單機額定容量在630?kW及以上時，宜用同步電動機進行補償”。異步電機具有結構簡單，運行、維護方便，起動力矩大、造價較低優勢，但需要裝設電容器組進行無功補償。由于國內排澇泵站運行時間較短，且大部分泵站存在長時間不運行的情況，電容器普遍存在運行不穩定等問題，特別是油浸式電容器，常發生漏油等事故，對電網系統、消防系統等的正常運行非常不利。目前雖然已經有干式電容器組，但投入時間不長，運行效果尚待證實。另外，電容器組發熱耗能量較大，運行不節能，占地面積大，不利于廠房布置。同步電動機結構比異步電機多了碳刷、滑環和勵磁系統，結構較復雜，運行維護相對不便，且其起動力矩較小、造價較高。同步電機起動力矩雖較小，但能滿足本泵站的電機起動要求，且其功率因數高，電機起動電流較小，對電網沖擊小，可提高系統穩定性，同時可以給系統提供無功，提高系統功率因數，與異步電機合理配合使用還可以節省無功補償設備的投資，達到就地平衡的目的。因此，對于機組臺數較多的大型泵站，采用異步電機與同步電機混合運行方案是有優勢的，表1為機型組合方案。

表1??機型組合方案

方案

2??無功補償分析及調度運行方案的確定

按設計的電源供電方式，本泵站采用單母線接線，采用10?kV電源一回專線進行供電，所有機電均接于同一母線上，現確定異步電機所需的無功功率和同步電機的補償能力。電機的基本參數如表2所示。

表2??電機基本參數

式（1）（2）（3）中：Pca為有功計算負荷，kW;Qca為無功計算負荷，kVar;Qc為無功補償容量，kVar;φ1，φ2為補償前后功率因數角。

式（4）中：Sn為同步電動機的額定視在功率;φn為同步電動機額定功率因數角;β為同步電動機的負荷率，取0.9;γ為同步電動機負載時的無功功率增加系數，取0.36.

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

根據以上計算結果，本泵站每臺同步電動機的補償能力略大于每臺異步電機所需的無功補償容量，滿足運行要求的組合有1臺異步電動，4臺同步電機;1臺異步電動，3臺同步電機;1臺異步電動，2臺同步電機;1臺異步電動，1臺同步電機;2臺異步電動，4臺同步電機;2臺異步電動，3臺同步電機;2臺異步電動，2臺同步電機;3臺異步電動，4臺同步電機;3臺異步電動，3臺同步電機;4臺異步電動，4臺同步電機。

根據以上組合分析，只需投入同步電機臺數大于或等于投入異步電機臺數，功率因數均大于0.9，滿足國家標準GB/T?50265—97關于泵站無功就地平衡、功率因數不低于0.9的規定即可。

3??結束語

據了解，國內同類型的抽水泵站中，東深供水改造工程就采用同步電機—異步電機混合運行組合方式解決無功補償問題，并且取得了很好的運行效果，運行機組的綜合功率因數均在0.92以上，超過了設計理論指標值。同步電機—異步電機混合運行組合方式適用于本泵站，對無功就地平衡也是可行、有實效的。

參考文獻

[1]中華人民共和國水利部.GB/T?50265—97?泵站設計規范[S].北京：中國計劃出版社，1997.