水泵電機(jī)采用一體式高壓固態(tài)軟啟動(dòng)裝置的應(yīng)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(jī)電壓采用10kV電壓和0.4kV電壓進(jìn)行分析、對(duì)比，得出結(jié)果：當(dāng)水泵電機(jī)采用10kV電壓時(shí)，并配套一體式高壓固態(tài)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，此種方式電氣主接線簡(jiǎn)單可靠，變壓器負(fù)荷率高，減少了高壓開關(guān)柜的數(shù)量，減輕了電機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊力，旨在為泵站電氣研究、設(shè)計(jì)及設(shè)備選型方面提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：水泵電機(jī)??一體式高壓固態(tài)軟啟動(dòng)??電機(jī)電壓??水利

近年來，國家對(duì)水利建設(shè)高度重視，投資規(guī)模不斷擴(kuò)大。隨著地方政府對(duì)大型水利項(xiàng)目建設(shè)的不斷投入，與其配套的大型高壓電機(jī)設(shè)備需求量增大，而大型高壓電機(jī)是否可以安全、可靠地啟動(dòng)越來越受到人們的關(guān)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(shè)計(jì)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(tái)（3用1備），配套異步電動(dòng)機(jī)功率為450kW，泵站廠用電負(fù)荷主要為照明、檢修、真空泵及閘閥控制用電。

1 電氣設(shè)計(jì)方案分析

按照泵站規(guī)模和水泵的單機(jī)容量，水泵配套電機(jī)電壓等級(jí)可選用10kV或者0.4kV，輸電線路供電電壓采用35kV或者10kV。根據(jù)本工程的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，就水泵電機(jī)電壓采用何種電壓等級(jí)時(shí)，泵站運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)可靠、維護(hù)方便，做了兩種方案的分析比較。

2 負(fù)荷等級(jí)及供電電源

本工程電力負(fù)荷定性為三級(jí)負(fù)荷。距離提升泵站大約1km處有當(dāng)?shù)?0kV農(nóng)網(wǎng)經(jīng)過，工程電源考慮從該10kV農(nóng)網(wǎng)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(fù)荷為4臺(tái)450kW電機(jī)（3用1備），廠用電的計(jì)算負(fù)荷為70.89kW。泵站主泵電機(jī)電壓等級(jí)選擇不同，則電機(jī)的供電方式、電氣主接線方式、機(jī)電設(shè)備總投資均不一樣。因此，對(duì)10kV電壓和0.4kV電壓的2種供電方式進(jìn)行了對(duì)比和分析。

3.1 泵站電機(jī)電壓采用10kV（方案一）

當(dāng)水泵的電機(jī)電壓選擇10kV時(shí)，電源供電電壓為10kV，其負(fù)荷計(jì)算見表1。

泵站裝機(jī)4臺(tái)，運(yùn)行3臺(tái)，單機(jī)容量最大為450kW，由于泵站裝機(jī)、運(yùn)行臺(tái)數(shù)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(duì)應(yīng)，泵站0.4kV廠用電系統(tǒng)接線為單母線不分段接線（見圖1），泵站設(shè)1臺(tái) S13-125/10/0.4kV 變壓器為泵站0.4kV用電系統(tǒng)供電。通過10kV架空線路引至泵站外，一回路10kV以電纜進(jìn)線引入10kV高壓進(jìn)線柜，一回路直接引入0.4kV廠用電變壓器高壓側(cè)，T接處設(shè)有戶外真空智能斷路器。10kV高壓側(cè)設(shè)1面高壓進(jìn)線柜、1面PT柜、4面一體式高壓固態(tài)軟啟動(dòng)柜、1面電容補(bǔ)償電源柜、1面電容柜，共計(jì)8面10kV高壓開關(guān)柜。經(jīng)計(jì)算，0.4kV側(cè)的進(jìn)線電流為125.12A，因此低壓側(cè)設(shè)2面低壓開關(guān)柜，2面真空泵軟啟動(dòng)柜。

當(dāng)電機(jī)電壓采用10kV時(shí)，電氣主接線方式簡(jiǎn)單，不需要額外設(shè)主變壓器，節(jié)省了土建工程的投資，工程電氣設(shè)備總投資為101.6萬元。電機(jī)采用一體式高壓固態(tài)軟啟動(dòng)裝置，裝置將開關(guān)柜和啟動(dòng)柜合二為一的一體化設(shè)計(jì)，使高壓柜體積小、安裝方便，并且具有多種觸發(fā)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(jī)組運(yùn)行電流，從而降低損耗;實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軟起軟停，減少電動(dòng)機(jī)投切對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，便于靈活運(yùn)行管理。而且，工程不設(shè)主變壓器，減少了變壓器的損耗。此種接線方式水泵電機(jī)與廠用電設(shè)備運(yùn)行靈活，互不干擾，并且年運(yùn)行費(fèi)用低，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單方便。

3.2 泵站電機(jī)電壓采用0.4kV（方案二）

當(dāng)水泵配套電機(jī)電壓為0.4kV時(shí)，電源供電電壓為10kV，其負(fù)荷計(jì)算見表2。

通過負(fù)荷計(jì)算，泵站設(shè)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(jìn)線柜，T接處設(shè)有戶外真空智能斷路器。10kV側(cè)和0.4kV側(cè)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(cè)設(shè)1面高壓進(jìn)線柜、1面PT柜、1面變壓器出線柜，共計(jì)3面10kV高壓開關(guān)柜。0.4kV側(cè)設(shè)1面低壓進(jìn)線柜，4面低壓軟啟動(dòng)柜、2面低壓配電柜、2面真空泵軟啟動(dòng)柜、2面無功功率補(bǔ)償柜，共計(jì)11面0.4kV低壓柜。

當(dāng)電機(jī)電壓采用0.4kV時(shí)，接線簡(jiǎn)單，投資較低，不需另加廠用變壓器，但土建投資相對(duì)方案一較大，需要增加箱變和低壓配電室的面積，電氣設(shè)備總投資是96萬元，且450kW電機(jī)啟動(dòng)電流大，必須配置變頻啟動(dòng)裝置，運(yùn)行電流也大，對(duì)電網(wǎng)造成的波動(dòng)無法避免。當(dāng)水泵冬季不運(yùn)行時(shí)，主變2000kVA的變電站僅供70.89kW的廠用電，負(fù)荷率很低，極度不經(jīng)濟(jì)劃算。此外，如果變壓器出現(xiàn)故障需要維修，則會(huì)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(yùn)行費(fèi)用較高，并且運(yùn)行不靈活。

4 結(jié)語

通過對(duì)方案一和方案二的供電方式進(jìn)行了比較，當(dāng)水泵電機(jī)采用10kV電壓等級(jí)啟動(dòng)時(shí)，不僅電氣主接線簡(jiǎn)單可靠，操作檢修方便，變壓器負(fù)荷率高;而且在項(xiàng)目中使用一體式高壓固態(tài)軟啟動(dòng)器，減少了高壓開關(guān)柜的數(shù)量，并有效減輕了電機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊力，節(jié)約了工程的綜合投資，降低了泵站的運(yùn)行費(fèi)用，此種方式能在大型供水工程中發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1]申娟娟，胡小湘.泵站電機(jī)采用10kV線路直接供電的工程實(shí)例[J].水利水電工程設(shè)計(jì)，2005（4）：38-40.

[2]陳耀文.10kV配電網(wǎng)電壓異常問題處理措施探究[J].機(jī)電信息，2020（8）：15-16.

[3]佚名.工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）上、下冊(cè)[J].供用電，2018，35（6）：2.

[4]郭約華.變電站一次系統(tǒng)電氣主接線設(shè)計(jì)分析[J].低碳世界，2020，10（11）：77-78.

[5]劉海峰，毛文奇，梁文武，等.10 kV開關(guān)柜配置電壓閉鎖型弧光保護(hù)方案[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2019，31（12）：89-94.

[6]張冰，劉飛燕，付春江.10kV高壓固態(tài)軟啟動(dòng)器在調(diào)水工程中的應(yīng)用[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2021，44（4）：52-54.

[7]寇彩潮.箱式變電站的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].煤，2020，29（9）：61-62.

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

作者簡(jiǎn)介：李小瑩（1991—），女，碩士，工程師，研究方向?yàn)殡姎夤こ淘O(shè)計(jì)工作。