泵站工程一次电气设备的选型方法

李祖杰

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原030024）



泵站工程一次电气设备的选型方法

李祖杰

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原030024）

摘要：在水利项目中，泵站发挥着重要的作用，泵站的建设、运行的稳定和安全与泵站一次设备的选型息息相关。本文针对泵站的开关设备、电源、变压器、互感器、电动机的选型方法进行了论述，合理的设备选型为水利工程带来最大的经济效益和社会效益。

关键词：泵站；一次电气；开关设备；电动机

在现实的环境中，灌溉、调水、防洪等项目的推进都依赖泵站的建设与管理。在过去的一段时期里，我国泵站设计以及建设领域的发展较为快速，在专业技术与理论的支撑下，泵站所能够发挥出来的效益日趋提升，满足了国家及百姓对于基础设施建设的要求，这些成绩的取得与各环节技术升级以及各项管理措施的强化密不可分。

1　泵站一次电气设备选型原则

1.1 保证泵站一次电气设备达到使用目标

泵站的运行不仅负荷较大，极易出现故障，而且日常检修工作也极为复杂。为此，在建设或改造泵站时，需要根据泵站开关设备、电源、变压器、互感设备、电动机等在实际工作中具体使用目标的要求，对泵站一次电气设备进行科学选型，从而保证设备在投入使用以后的稳定性与经济性。

1.2 保证泵站电气设备的安装及维修便利

泵站一次电气设备的选型不仅与电力用户的使用要求及成本内容有关，还需从安装、技术层面上分析泵站一次电气设备在应用过程中所能够发挥出来的实际性能，进而在项目中利用设备的最大效用来推进生产，以此提升泵站建设或改造后的经济效益与社会效益。除此以外，循环水泵设备运行故障的检修工作主要通过提高设备质量、确保设备及时检修与维护等措施来完成的，因此，在实践过程中，相关的工作人员要适时对泵站设备进行状态监测，查看该类型设备是否能够满足当前泵站的运行要求，如若不然，就需要对泵站进行适当的改造处理。

2　泵站电源

在实际的泵站工程设计以及建造过程中，泵站电源的线路电压等级、线路回数与泵站工程的设计或施工目标有着直接的关系。对于泵站电源设计工作而言无论是线路电压等级还是线路回数都应该根据设备的使用目标要求以及设计成本等内容来进行确定。另外，在设备的安装过程中，还需要考虑设备本身的安装条件是否达到设计的实际要求。所以，要想保证泵站用电负荷的可靠性，实现泵站运行的安全性、经济性与高效性，务必要求泵站设计者在设计之初就从泵站自身以及环境的综合角度出发，合理选择泵站电源的电压等级和线路回数。

2.1 线路电压等级

泵站环境中的输电电压越高，对泵站一次电气设备的绝缘性要求也就越高，因此，线路电压等级的选择将会直接影响到电力设备的投资成本。然而实体项目的运作过程中，泵站传送电流与输电电压大小呈现的是负相关，高电压会导致电流的变小，对应需要的导线截面也会变小，从而让泵站线路设施方面的成本得以大幅度降低。根据我国泵站设计经验，线路电压等级可以根据表1进行选择。泵站设计需要从泵站的现状和长远角度出发，综合分析线路的有色金属原材料、绝缘材料和人工费用等客观因素，保证线路电压等级的科学性、合理性，用最低的成本投入达到泵站的最佳运行效果。

表1　设计费用最小化对照参考表

2.2 线路回路数

我国相关的泵站供电设计规定中将二级负荷定义为会引发重大经济损失或导致相关重要用电单位的日常工作无法正常进行的中断供电。而《供配电系统设计规范》进一步要求，在对二级负荷的供电系统进行设计时，应该采用双回路供电，从而保证可以通过不低于一回六千伏的架空线路实现二级负荷对供电负荷较小的地区或较难实现正常供电地区的供电工作。

在泵站电源的线路回路数选择上，应该根据泵站日常运转的负荷大小和周边线路走廊的实际情况进行妥善选择。如果泵站的负荷较大，应该设计为双回路电源，在增强泵站供电的安全性之余，也为泵站的扩容做好铺垫，避免由于日后的线路走廊紧张等影响泵站电源的正常供电。

3　泵站变压器

变压器设备是由一次线圈、二次线圈与铁芯所构成的，是泵站变配电的主要组成部分。从变压器的功能来看，它主要起到了升降泵站电压以及稳定电压等作用。因此，根据不同的泵站环境来选择不同类型的变压器设备较为关键。在主变设备选型过程中，不仅需要考量设备的使用目标，还需要考虑电力用户电力设备的实际电力载荷。此外，由于主变设备是泵站一次电气设备的核心设备，因此还需要考量变压器设备的容量值指标，以及泵站的电压、电流情况等因素。为了延长泵站常用的一次电气设备的使用年限，需要对水泵机组自身安装状况进行检查，防止由于机械振动所引起的设备不平衡故障的发生，保障泵站设备在使用过程中的安全性。

4　开关设备

开关设备在电力系统运行管理中较为重要，泵站电流的控制和调整与开关装置的性能有着密切的联系，因此，在泵站建设的过程中，开关设备的选型是否合理是泵站一次电气设备选型的关键内容。在实践中发现，泵站用开关设备品种繁多，型号各异，这就给用户在选型时制造一些障碍。从以往的工作经验来看，开关设备的优劣取决于断路器装置的灵敏度及可靠性，同时，电气性能的安全性也是选择泵站开关设备的决定性因素。

5　泵站互感器设备

从设备的工作原理角度来看，泵站所使用的互感器装置与变压器设备的原理相类似，都是将高电压或是密集型电流转化成为低电压与弱电流，使其与整个泵站的继电保护环境相协调，以此来维护泵站运行过程的安全性与稳定性。互感器选型分两种情况，即电流互感器选型与电压互感器选型。其中，电流互感器选型与泵站电力系统环境的变流比数值有关，变流比是指一次线圈额定电流与二次线圈额定电流数据的比值。为了防止电流互感器在使用的过程中被损毁，则需要限制二次负载量的无限制增加，并最终确定电流互感器的等级，使其维持在合理的范围之内，这就与电流互感器设备的应用环境以及设备的安装方法等因素有着密切关联。由此可见，影响电流互感器选型的因素较为复杂。同样，电压互感器的选型也需要遵循一定的原则来执行，从而满足设备应用环境中对其绝缘形式、设备安装结构等内容的要求，简单来说，电压互感器设备的选型与其本身的额定容量有着直接关系，为了满足设备的精度要求，则使其额定容量调整至25%至最大额定容量之间。

6　泵站电动机

6.1 额定电压

在电动机的额定电压选择上，应该严格遵守我国的《供配电系统设计规范》的要求，在泵站的供电电压高于35千伏的情况下，应该将10千伏作为用户的一级配电电压。但是根据实际用电情况，如果6千伏用电设备的总容量偏大，但6千伏电压成本更为低，则应该将6千伏作为用户的一级配电电压，以达到节能减排的环保目的。

6.2 电动机类型

泵站电动机在类型上分为同步电动机和异步电动机，鉴于它们不同的功能和特性，应该根据泵站的自身工作需求进行合理选择。

同步电动机不仅仅投资资金过高，而且结构复杂且维修工作量巨大，这是由于转速受到电源频率的影响而造成的，因此在日常工作中需要专门的调节系统对其进行控制。但是，同步电动机不但可以对功率因数进行无级调节，更无需额外在工作过程进行任何无功补偿，可轻松完成泵站机组的高功率快速运转。另外，同步电动机还具备极强的抗干扰性能，运转过程具备高稳定性，因此这种类型的取水泵站具有运转速度慢、单机容量大以及运行时间长的工作特性。

相对于同步电动机，异步电动机无论是在日常运行的可靠性还是维护的便利性上都具有极为突出的优势，而且它的投资成本也更低。但是，功率因素偏小的缺陷让一部电动机在运转过程中只有通过额外的无功补偿才能符合供电部门的无功考核标准。然而，随着科学技术的不断进步，无功补偿装置的工作性能近年来得到了全面的改善，而且成本投入也相对以前更为合理。因此，由于排涝泵站对排水的可靠性要求较高且需要运行时间补偿，异步电动机与无功补偿设备组合成为排涝泵站的最佳选择，且其投资成本相比于同步电动机有优势。

7　结语

在泵站工程设计中，应首先根据工程负荷情况和运行方式，结合电力系统的电网现状及系统规划情况，合理选择配电线路的电压等级，确定合适的接线型式。然后根据泵站所处环境及负荷情况选择优质电气产品，如高效节能的变压器，进行开关设备比选、同步电动机与异步电动机比较、启动方式比选等，并对所选设备进行短路电流校验，最终确定泵站的一次设备选型方案。总之，泵站电气一次设备的合理选型，是关系泵站安全、稳定运行的重要环节，一次设备选型的经济、安全、合理，将能为泵站投入运行后带来最大效益。

参考文献

［1］黄海田，仇宝云，陈建康，陆一忠，刘钟莹，朱红耕，王冬生.南水北调东线工程泵站技术管理模式研究［J］.灌溉排水学报，2003（03）.

［2］梅瑞松，杨富昌.我国泵站工程的现状与发展［J］.水利水电科技进展，2000（01）.

［3］仇宝云，冯晓莉，袁寿其，林海江，黄季艳，高朝辉.南水北调东线工程梯级泵站机组变工况方式选择［J］.水力发电学报，2006，25（03）.

［4］潘宏钦.泵站一次电气设备造型要点分析［J］.水利科技，2013 （02）：60-62.

［5］葛强，陈松山，王林锁，宋贤良，严登丰.大泵站启动动态特性测试系统设计与应用［J］.水泵技术，2002（06）.

［6］刘澜文.大型泵站同步电机启动方式综合分析.水利水电工程设计，2006（04）.

［7］GB50265-2010.泵站设计规范［S］.

［8］DLT5222-2005.导体和电器选择设计技术规定［S］.

作者简介：李祖杰（1975年—），男，高级工程师。

收稿日期：2015-10-08

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.028

中图分类号：TV734

文献标识码：B

文章编号：1672-2469（2016）02-0075-02