排涝泵站高压异步电动机启动压降的计算

朱春艳

(深圳市深水水务咨询有限公司，广东 深圳 518000)

1 概 述

在大(中)型排涝泵站中水泵电机启动时的冲击负荷，会使供电系统产生电压波动，该波动会影响供电系统的正常运行，严重时会造成人身设备故障。因此如何计算电动机启动时所产生的电压波动，对正确选择电机启动方式具有非常重要的意义。

2 电机启动方式选择

在深圳市排水工程中，排涝泵多数为笼式异步电动机，电动机的启动方式一般有全压启动、降压启动、变频启动三种，降压启动又分为：电阻降压、星三角降压、自耦变压器降压、软启动降压等，文章中降压启动主要采用软启动降压启动来分析[1]。

在排涝泵站中，电动机的启动常规启动方式为：全压启动，当不能满足全压启动条件下采用软启动降压启动方式。

2.1 全压启动

笼式异步电动机应优先选用全压启动。全压启动时应满足以下条件。

1)启动时电压降不得超过允许值

国家标准GB/T 12325—2008《供电电压偏差》[3]规定：35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%；20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7%。国家标准GB/T12326—2008《电压波动和闪变》规定：电力系统公共连接点，由波动负荷产生的电压变动限值和变动频度、电压等级有关，对变动频度r≤1(次/h)的高压HV(35

按《通用用电设备配电设计规范》GB50055-2011的2.2.2及2.2.3中要求：配电母线上接有照明或其他对电压波动较敏感的负荷，电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的90%；电动机不频繁起动时，不宜低于额定电压的85%。在保证生产设备所需要的启动转矩下，又不影响其他用电设备正常运行时，启动电压可允许为20%或者更大。

GB/T50265-2010《泵站设计规范》第10.5.1规定“机组应优先采用全电压直径启动方式，母线电压降不宜超过额定电压的15%”。

同时电动机启动应按供电系统最小运行方式和机组最不利组合形式进行计算。

2)启动容量供电变压器的过负荷能力。

笼式电动机允许全压启动的的功率和电源容量之间的关系见下表：

表1 按电源容量允许全压启动的笼式电动机功率

3)启动时，应保证电动机及其启动设备的动稳定和热稳定。

4)电动机在启动时，机械能承受电动机全压启动时的冲击转矩，并且配电母线电压降及电机端子电压降能满足要求，应优先选用全压启动，而不是降压启动。

2.2 降压启动

降压启动时电动机的端电压应保证其启动转矩大于生产设备的静阻转矩，即：

(1)

3 实际案例计算

3.1 已知条件设定

以某排涝泵站为例，站内最大装机容量设备竖井贯流泵，水泵运行扬程范围内的水泵最大轴功率出现在最大扬程工况，水泵轴功率为1279kW。

选择配套电机的功率为1600kw，共4台。

储备系数K=1600/1279=1.25>1.1，满足规范要求。

配套电机：YKS630-6中型高压三相异步电动机，额定电压10kV，额定功率1600kW，额定电流额定功率因数0.86，额定效率95.8%，额定电流112.1A,电机额定转速993转/分，重量8700kg。

距离泵站最近的变电站距离约为1km，其10KV电缆采用ZR-YJV22-8.7/15KV-3X300mm2电缆。

3.2 全压启动

按无限电源容量系统供电时，电动机启动计算公式参考《工业与民用供配电设计手册》(第四版)。

根据已知条件整理如下：

1、全压启动，启动倍数Kst为6-7倍，本次计算取Kst=7倍。

Ssc=200MVA(最小运行方式下系统短路容量)

Pd=1600KW，cosФd=0.86,N=4

电动机启动容量SstM=Kst*Sd+(N-1)Sd=7*1.94+3*1.94=19.4MVA

(电动机启动容量按最不利情况下计算，即母线上运行3台时，启动另外一台高压水泵。)

SrT=80MVA(最近变电站的主变容量) Uk=18.5%

线路电抗值X1=(0.09+6.1/S)*L=(0.09+6.1/300)*1=0.11，L=1km，S=300mm2(当用于10KV交联聚乙烯电缆且电缆截面>150mm2时，X1取(0.09+6.1/S)*L)

则可得：

预接负荷侧cosφ=0.9，η=70%，则SL=80*0.7=56MVA

则可计算：

由上述计算可知，上级取电变电站负荷率在70%时，不能满足全压启动母线上压降≥0.85的要求，故不能采用全压启动。

3.3 软启动，启动倍数为3-3.5倍，本次计算按3.3倍

除电动机额定启容量不同，其他基础参数均相同，不再重复，SstM=KstSd+(N-1)Sd=3.3*1.94+3*1.94=12.23MVA

由上述计算可知，上级取电变电站负荷率在70%时，软启动时母线上压降也不能满足≥0.85的要求。因此调整10KV主接线，采用单母线分段，每段10KV母线上各接2台10KV的1600KW电动机，2段10KV母线并列运行，则进行复算：

SstM=KstSd+(2-1)Sd=3.3*1.94+1.94=8.35MVA

Ustb=0.85，且转矩UstM=0.84≥0.55，可满足要求。

4 结 论

深圳市排涝泵站年运时间在4月-10月，开停机组频繁，负荷启落较大，多机组运行时电压降落更大，电压质量不稳定，尤其是一些处于电网末端的泵站，其压降可达到20%或者以下，这时若再开一台机组，就有可能引起电动机低压电压保护而动作跳闸。如果采用加大变电站至泵站10KV供电电缆的截面，其增加的造价过高，不经济。因此，建议供电部门变电站内主变压器采用有载调压变压器，来满足本地区冲击性负荷在用电高峰期接入时，供电电压波动的需求，其效果明显比增大10KV供电电缆好，且更为经济。