690V電壓等級在泵站的應用范文

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《電氣技術雜志》2014年第七期

1電動機電壓等級的確定

1.1電動機起動和正常運行時電壓降比較電動機是采用電網供電，電源屬于無限大容量的系統。根據《工業與民用配電設計手冊》第六章相關計算公式可以計算出電動機起動時的電壓降，在計算起動電壓降時，做如下幾個假定：1）電動機在投入運行時母線電壓等于網絡的標稱電壓。2）電動機采用全壓起動方式，電動機功率因數為0.8，電動機額定起動電流倍數為6.7。3）供電變壓器一次側短路容量為100MVA。4）變壓器容量為1600kVA，且變壓器不帶其他無功負荷。從表1和表2可以看出采用690v供電，電動機起動和正常工作時電壓降更小，有利于電動機的穩定運行。

1.2電纜截面積比較電動機額定功率為280kW時，當功率因數為0.8，在額定電壓380V下的額定電流為532A，額定電壓660V下的額定電流為306A。因此使用690V的電動機與400V相比，負荷電流有所下降，并且使用額定值為0.6/1kV的低壓電纜，在400V或690V電壓中不會影響其絕緣的耐受能力。在同一負荷電流下，采用690V供電可以使用截面相對較小的YJV-0.6/1kV交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅芯電纜，降低電纜投資成本。

1.3整體功率損失比較在相同的電纜截面的前提下，由于采用690V系統供電，工作電流只相當于400V系統工作電流的58%，在此條件下，消耗在傳輸線路上功耗大大的減少，只相當于400V系統的34%。綜上所述，690V系統相對400V系統在電壓降、電纜截面、功耗三方面都具有優勢，同時10kV/690V供配電系統相對于傳統的10kV/400V供配電系統具有供電半徑增大、供配電容量增加、短路電流減小、負荷單機容量可增大、節省建設及運行費用等諸多優點，并且現在大部分生產潛水泵的廠家均配套有690V這一電壓等級的電動機，因此電動機工作系統電壓采用690V。

2配電網絡設計

水泵電動機供電系統電壓采用690V，但是由于目前同一套裝置內的UPS、儀表電源及執行機構、照明系統、和檢修電源等系統需要400（230）V電源，這樣一來就不可避免地形成了在一套裝置內10kV/690V/400（230）V三種電壓共存的局面，因此合理設計配電網絡將直接影響整個泵站的投資。為了保證供電系統的可靠性和整個系統的合理性。針對這一情況，在黃埔路泵站中共設計兩套供電方案。為滿足二級負荷要求，外線采用兩回路10kV供電方式，兩種方案中10kV均采用單母線分段接線方式，低壓共設置兩種電壓等級的母線，其中0.69kV母線作為水泵電動機的動力電源，0.4kV母線作為UPS、儀表電源及執行機構、照明系統、和檢修設備的電源。兩種方案的區別在于變壓器設置的形式和數量不同，方案一共設置4臺雙繞組變壓器，配電房需要四個高壓柜回路（包括高壓開關設備及高壓電纜等）。方案二共設置兩臺三繞組變壓器，配電房需要兩個高壓柜回路（包括高壓開關設備及高壓電纜等），方案二相對方案一來說大大減少了設備數量、電纜數量及土建面積，并且方案一接線復雜，對整個系統的可靠性產生了一定影響。從設計角度上來顯然方案二更加經濟合理。雖然目前國內許多生產廠家已經推出了針對690V系統的系列元器件和配電柜，并在礦井行業中的大型裝置上逐漸推廣應用，但是配套的配電變壓器還只有10kV/690V的雙繞組變壓器，沒有出現10kV/690V/400V這一電壓等級三繞組變壓器，這樣給本工程泵站的配電設計帶來了不可操作性，因此在本次泵站配電網絡設計采用方案一的設計方案。

3電動機控制系統的設計

傳統的電動機起動一般有3種，即直接起動、星三角起動、自耦變壓器起動，這3種起動方法均屬于硬起動方式，存在以下缺點：1）直接起動起動沖擊電流大，起動電流一般達額定值的4～7倍，直接影響周圍設備儀表的正常工作；并且變壓器容量要達到電動機額定容量的3倍以上，直接影響了變壓器的過度投資。2）直接起動沖擊轉矩大，對機械設備、零部件會產生很大的沖擊應力，大大縮短了設備的使用壽命，這種沖擊轉矩還會引起水的波動，對管道、閘門、水泵的機械設備等危害較大。3）Y—△起動和自耦變壓器起動雖然沖擊電流和沖擊轉矩較直接起動時減小，但Y—△起動轉矩小，只適應輕載和空載起動，在切換過程中尖峰電流將產生破壞性動態轉矩引起機械振動。而自耦變壓器起動體積大、成本高、不易頻繁起動，很難控制其起動轉矩與負載匹配。影響水泵的可靠運行。因此為保證電動機穩定運行，同時電源電壓與額定電壓不可相差10%，電壓過高會引起電動機過熱而燒壞繞組，電壓過低則電動機轉速下降，如達不到額定轉速的70%時，起動離心開關會閉合，造成起動繞組長時間通電而發熱甚至燒壞繞組和電容器。并且不能頻繁地開關電動機，這是因為水泵停轉時會產生回流，若立即開機，會使電動機負載起動，導致起動電流過大而燒壞繞組。本工程采用變頻器作為電動機的保護機構。工作框圖如圖3所示。在應用中運用了各種傳感器將流量、液位、溫度等信號反饋給變頻器，根據液位和流量檢測信號以及閘門的開起狀態信號，水泵按要求起停泵的臺數，并使同型號泵運行時間大致相等，自動改變電動機轉速，使水泵運行參數達到最佳控制。泵出口閘門按工藝要求與泵聯動，泵電動機溫度信號和水泵泄露信號的無源接點變故障信號通過變頻器的輸入端口采集送入變頻器中的控制模塊，當檢測到其超溫和泄露報警無源接點信號時，變頻器自動關閉電動機運行，并且發出聲光報警，同時傳遞信號給相應配套的閘門控制柜，到達聯鎖運行要求。

4結論

本文介紹的690V系統在城市排水系統的應用，設計了兩種供電網絡模式，根據實際情況，采用4臺雙繞組變壓器供電方式，確定了供電方式后，考慮到水泵的安全穩定運行，電動機采用變頻器控制方式，使其起動和運行達到最佳狀態，同時在節電、延長水泵和管道壽命，實現城市排水自動化等方面產生了顯著的經濟和技術效果。

作者：李朝軍何皓劉志華單位：武漢市政工程設計研究院有限公司