水泵電機采用一體式高壓固態軟啟動裝置的應用

李小瑩 張文兵 吳軍斌 李鳳麗 宋成飛

摘要：本文以某工程的提水泵站為例，通過水泵配套電機電壓采用10kV電壓和0.4kV電壓進行分析、對比，得出結果：當水泵電機采用10kV電壓時，并配套一體式高壓固態軟啟動器啟動，此種方式電氣主接線簡單可靠，變壓器負荷率高，減少了高壓開關柜的數量，減輕了電機啟動和停止時對電網的沖擊力，旨在為泵站電氣研究、設計及設備選型方面提供技術參考。

關鍵詞：水泵電機??一體式高壓固態軟啟動??電機電壓??水利

近年來，國家對水利建設高度重視，投資規模不斷擴大。隨著地方政府對大型水利項目建設的不斷投入，與其配套的大型高壓電機設備需求量增大，而大型高壓電機是否可以安全、可靠地啟動越來越受到人們的關注。

為解決秦安縣某工程的水資源保障程度和利用效率、效益，工程新建提水泵站一座，設計引水流量0.3m3/s，提水高度191.23m。泵站選用DP360-40×7離心泵4臺（3用1備），配套異步電動機功率為450kW，泵站廠用電負荷主要為照明、檢修、真空泵及閘閥控制用電。

1 電氣設計方案分析

按照泵站規模和水泵的單機容量，水泵配套電機電壓等級可選用10kV或者0.4kV，輸電線路供電電壓采用35kV或者10kV。根據本工程的現場實際情況，就水泵電機電壓采用何種電壓等級時，泵站運行最經濟可靠、維護方便，做了兩種方案的分析比較。

2 負荷等級及供電電源

本工程電力負荷定性為三級負荷。距離提升泵站大約1km處有當地10kV農網經過，工程電源考慮從該10kV農網供電線“T”接架空引入，因此確定輸電線路供電電壓采用10kV。

3 電氣主接線方案比較

泵站主要負荷為4臺450kW電機（3用1備），廠用電的計算負荷為70.89kW。泵站主泵電機電壓等級選擇不同，則電機的供電方式、電氣主接線方式、機電設備總投資均不一樣。因此，對10kV電壓和0.4kV電壓的2種供電方式進行了對比和分析。

3.1 泵站電機電壓采用10kV（方案一）

當水泵的電機電壓選擇10kV時，電源供電電壓為10kV，其負荷計算見表1。

泵站裝機4臺，運行3臺，單機容量最大為450kW，由于泵站裝機、運行臺數較少，故10kV母線采用單母線不分段接線方式。泵站廠用電接線與10kV主接線相對應，泵站0.4kV廠用電系統接線為單母線不分段接線（見圖1），泵站設1臺 S13-125/10/0.4kV 變壓器為泵站0.4kV用電系統供電。通過10kV架空線路引至泵站外，一回路10kV以電纜進線引入10kV高壓進線柜，一回路直接引入0.4kV廠用電變壓器高壓側，T接處設有戶外真空智能斷路器。10kV高壓側設1面高壓進線柜、1面PT柜、4面一體式高壓固態軟啟動柜、1面電容補償電源柜、1面電容柜，共計8面10kV高壓開關柜。經計算，0.4kV側的進線電流為125.12A，因此低壓側設2面低壓開關柜，2面真空泵軟啟動柜。

當電機電壓采用10kV時，電氣主接線方式簡單，不需要額外設主變壓器，節省了土建工程的投資，工程電氣設備總投資為101.6萬元。電機采用一體式高壓固態軟啟動裝置，裝置將開關柜和啟動柜合二為一的一體化設計，使高壓柜體積小、安裝方便，并且具有多種觸發方式，配置了RS-485通信接口，具有較高的可靠性和抗干擾性。通過高壓軟啟降低機組運行電流，從而降低損耗;實現電動機軟起軟停，減少電動機投切對電網造成沖擊，便于靈活運行管理。而且，工程不設主變壓器，減少了變壓器的損耗。此種接線方式水泵電機與廠用電設備運行靈活，互不干擾，并且年運行費用低，運行維護簡單方便。

3.2 泵站電機電壓采用0.4kV（方案二）

當水泵配套電機電壓為0.4kV時，電源供電電壓為10kV，其負荷計算見表2。

通過負荷計算，泵站設1座 SCB-2000/10/0.4kV 箱式變電站，通過10kV架空線引至泵站外，在終端桿處通過電纜引入箱變進線柜，T接處設有戶外真空智能斷路器。10kV側和0.4kV側的電氣主接線都采用單母線不分段的接線方式（見圖2）。10kV高壓側設1面高壓進線柜、1面PT柜、1面變壓器出線柜，共計3面10kV高壓開關柜。0.4kV側設1面低壓進線柜，4面低壓軟啟動柜、2面低壓配電柜、2面真空泵軟啟動柜、2面無功功率補償柜，共計11面0.4kV低壓柜。

當電機電壓采用0.4kV時，接線簡單，投資較低，不需另加廠用變壓器，但土建投資相對方案一較大，需要增加箱變和低壓配電室的面積，電氣設備總投資是96萬元，且450kW電機啟動電流大，必須配置變頻啟動裝置，運行電流也大，對電網造成的波動無法避免。當水泵冬季不運行時，主變2000kVA的變電站僅供70.89kW的廠用電，負荷率很低，極度不經濟劃算。此外，如果變壓器出現故障需要維修，則會影響辦公及生活用電。因此，此種接線方式雖然前期投資較少，但是年運行費用較高，并且運行不靈活。

4 結語

通過對方案一和方案二的供電方式進行了比較，當水泵電機采用10kV電壓等級啟動時，不僅電氣主接線簡單可靠，操作檢修方便，變壓器負荷率高;而且在項目中使用一體式高壓固態軟啟動器，減少了高壓開關柜的數量，并有效減輕了電機啟動和停止時對電網的沖擊力，節約了工程的綜合投資，降低了泵站的運行費用，此種方式能在大型供水工程中發揮重要作用。

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中圖分類號：TH31DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2203-5640-0883

作者簡介：李小瑩（1991—），女，碩士，工程師，研究方向為電氣工程設計工作。