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690V电压等级在泵站的应用

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《电气技术杂志》2014年第七期

1电动机电压等级的确定

1.1电动机起动和正常运行时电压降比较电动机是采用电网供电,电源属于无限大容量的系统。根据《工业与民用配电设计手册》第六章相关计算公式可以计算出电动机起动时的电压降,在计算起动电压降时,做如下几个假定:1)电动机在投入运行时母线电压等于网络的标称电压。2)电动机采用全压起动方式,电动机功率因数为0.8,电动机额定起动电流倍数为6.7。3)供电变压器一次侧短路容量为100MVA。4)变压器容量为1600kVA,且变压器不带其他无功负荷。从表1和表2可以看出采用690V供电,电动机起动和正常工作时电压降更小,有利于电动机的稳定运行。

1.2电缆截面积比较电动机额定功率为280kW时,当功率因数为0.8,在额定电压380V下的额定电流为532A,额定电压660V下的额定电流为306A。因此使用690V的电动机与400V相比,负荷电流有所下降,并且使用额定值为0.6/1kV的低压电缆,在400V或690V电压中不会影响其绝缘的耐受能力。在同一负荷电流下,采用690V供电可以使用截面相对较小的YJV-0.6/1kV交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯电缆,降低电缆投资成本。

1.3整体功率损失比较在相同的电缆截面的前提下,由于采用690V系统供电,工作电流只相当于400V系统工作电流的58%,在此条件下,消耗在传输线路上功耗大大的减少,只相当于400V系统的34%。综上所述,690V系统相对400V系统在电压降、电缆截面、功耗三方面都具有优势,同时10kV/690V供配电系统相对于传统的10kV/400V供配电系统具有供电半径增大、供配电容量增加、短路电流减小、负荷单机容量可增大、节省建设及运行费用等诸多优点,并且现在大部分生产潜水泵的厂家均配套有690V这一电压等级的电动机,因此电动机工作系统电压采用690V。

2配电网络设计

水泵电动机供电系统电压采用690V,但是由于目前同一套装置内的UPS、仪表电源及执行机构、照明系统、和检修电源等系统需要400(230)V电源,这样一来就不可避免地形成了在一套装置内10kV/690V/400(230)V三种电压共存的局面,因此合理设计配电网络将直接影响整个泵站的投资。为了保证供电系统的可靠性和整个系统的合理性。针对这一情况,在黄埔路泵站中共设计两套供电方案。为满足二级负荷要求,外线采用两回路10kV供电方式,两种方案中10kV均采用单母线分段接线方式,低压共设置两种电压等级的母线,其中0.69kV母线作为水泵电动机的动力电源,0.4kV母线作为UPS、仪表电源及执行机构、照明系统、和检修设备的电源。两种方案的区别在于变压器设置的形式和数量不同,方案一共设置4台双绕组变压器,配电房需要四个高压柜回路(包括高压开关设备及高压电缆等)。方案二共设置两台三绕组变压器,配电房需要两个高压柜回路(包括高压开关设备及高压电缆等),方案二相对方案一来说大大减少了设备数量、电缆数量及土建面积,并且方案一接线复杂,对整个系统的可靠性产生了一定影响。从设计角度上来显然方案二更加经济合理。虽然目前国内许多生产厂家已经推出了针对690V系统的系列元器件和配电柜,并在矿井行业中的大型装置上逐渐推广应用,但是配套的配电变压器还只有10kV/690V的双绕组变压器,没有出现10kV/690V/400V这一电压等级三绕组变压器,这样给本工程泵站的配电设计带来了不可操作性,因此在本次泵站配电网络设计采用方案一的设计方案。

3电动机控制系统的设计

传统的电动机起动一般有3种,即直接起动、星三角起动、自耦变压器起动,这3种起动方法均属于硬起动方式,存在以下缺点:1)直接起动起动冲击电流大,起动电流一般达额定值的4~7倍,直接影响周围设备仪表的正常工作;并且变压器容量要达到电动机额定容量的3倍以上,直接影响了变压器的过度投资。2)直接起动冲击转矩大,对机械设备、零部件会产生很大的冲击应力,大大缩短了设备的使用寿命,这种冲击转矩还会引起水的波动,对管道、闸门、水泵的机械设备等危害较大。3)Y—△起动和自耦变压器起动虽然冲击电流和冲击转矩较直接起动时减小,但Y—△起动转矩小,只适应轻载和空载起动,在切换过程中尖峰电流将产生破坏性动态转矩引起机械振动。而自耦变压器起动体积大、成本高、不易频繁起动,很难控制其起动转矩与负载匹配。影响水泵的可靠运行。因此为保证电动机稳定运行,同时电源电压与额定电压不可相差10%,电压过高会引起电动机过热而烧坏绕组,电压过低则电动机转速下降,如达不到额定转速的70%时,起动离心开关会闭合,造成起动绕组长时间通电而发热甚至烧坏绕组和电容器。并且不能频繁地开关电动机,这是因为水泵停转时会产生回流,若立即开机,会使电动机负载起动,导致起动电流过大而烧坏绕组。本工程采用变频器作为电动机的保护机构。工作框图如图3所示。在应用中运用了各种传感器将流量、液位、温度等信号反馈给变频器,根据液位和流量检测信号以及闸门的开起状态信号,水泵按要求起停泵的台数,并使同型号泵运行时间大致相等,自动改变电动机转速,使水泵运行参数达到最佳控制。泵出口闸门按工艺要求与泵联动,泵电动机温度信号和水泵泄露信号的无源接点变故障信号通过变频器的输入端口采集送入变频器中的控制模块,当检测到其超温和泄露报警无源接点信号时,变频器自动关闭电动机运行,并且发出声光报警,同时传递信号给相应配套的闸门控制柜,到达联锁运行要求。

4结论

本文介绍的690V系统在城市排水系统的应用,设计了两种供电网络模式,根据实际情况,采用4台双绕组变压器供电方式,确定了供电方式后,考虑到水泵的安全稳定运行,电动机采用变频器控制方式,使其起动和运行达到最佳状态,同时在节电、延长水泵和管道寿命,实现城市排水自动化等方面产生了显著的经济和技术效果。

作者:李朝军何皓刘志华单位:武汉市政工程设计研究院有限公司

电气技术杂志责任编辑:田老师    阅读:人次
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