某泵站主电动机设计优化

某泵站主电动机设计优化摘要：某泵站主电动机初步设计选用同步电动机，通过调研和对二种电动机优缺点的分析比较，认为某泵站选用异步电动机，性能满足运行要求，结构简单，工作可靠性高，运行管理方便，经济性较好，比原设计选择同步电动机更为合理。并提出了对泵站主电动机选择的几点建议。关键字：泵站同步电动机异步电动机原设计主电动机选择原设计主电动机选用同步电动机的依据某泵站工程的可行性研究报告在1992年由水利部上海勘测设计研究院完成，报告中主电动机选择的是同步电动机，并在当年通过水利部规划设计总院的审查。上海勘测设计研究院依可行性研究报告的批复，完成了初步设计。2000年4月水利部规划设计总院对初步设计进行审查，泵站主电动机仍选择同步电动机。其主要依据是GB/T50265-97《泵站设计规范》10.4.3条规定“主电动机的单机额定容量在630kW及630kW以上时，宜用同步电动机进行补偿。”在此规范的“条文说明”中对此作了进一步的说明：“由于同步电动机与静电电容器补偿相比有一些明显的优点，如适应电网能力强，能进行无级调节等，所以在经济性比较相差不多的情况下，宜优先采用同步电动机补偿。在这两条文中推荐单机容量以630kW为界分别采用两种补偿方式。”因此上海勘测设计研究院在某泵站初步设计报告中，对主电动机选用同步电动机是符合规范要求的。编制规范有关条款时的历史背景：该规范的条款引自原部标《泵站技术规范》SD204－86（设计分册），这些条款是根据当时我国的实际状况制定的：电力工业发展水平的局限。在六、七十年代，我国电力工业基础还是比较薄弱的，电网的容量普遍都比较小，新投入的大型电动机在电网中占的比例相对比较大,这些电动机的运行状况直接影响电网的运行质量。一些地区变电所的资金投入不足，设备陈旧，特别是无功补偿能力很差，所以供电部门要求对系统中大型电动机（一般500kW以上）采用同步电动机，除提高电动机本身的功率因素和运行质量外，以便在电网需要时向系统返送无功功率，以提高电网功率因素。对此供电部门还按返送无功功率的大小进行补贴，鼓励用户采用同步电动机。电器工业制造水平的限制。当时我国补偿电容器的制造技术比较落后，基本是原苏联三、四十年代设计的产品，体积大，安全性很差，经常发生爆炸事故。当时规定电力电容器必须集中布置在有防火措施的房间内，并要设专用的比较昂贵的断路器。大型电动机的补偿容量大，电容器室的面积相应就很大，补偿电容器的安全性又很差，无论是一次投资还是今后的运行费用都比较高。因此当时制定这些条文是合理的，也是必要的，在那个年代，对泵站的安全、经济运行起到了一定的指导作用。主电动机优化设计优化设计的依据在工程进展工程中，我们获得信息，近年来大型异步电动机在泵站得到了广泛应用，给了我们很大的启示。工程指挥部组织设计人员展开了深入的调研。调研发现：十几年来电力工业有了飞速的发展。不但大城市的电力系统容量成倍地增长，就是一些沿海地区的农村电网系统容量也有较大的增长。大型电动机在电网中占的比例相对比较小,这些电动机的运行状况不会严重影响电网的运行质量。一些地区变电所经过改造以后，设备先进，无功补偿能力很强。所以供电部门对系统中的大型电动机，只要电动机母线的功率因素在0.9以上,选择什么形式的电动机不作严格限制，由用户自己确定。对返送无功功率也不再进行补贴，为大型电动机选用异步电动机创造了条件.八十年代开始，电动机的就地补偿技术得到广泛的应用和推广，补偿电容器采用分散方式布置，每台电动机旁配备一组电容器，这样补偿效果好，还可以取消昂贵的断路器，既避免了操作上的失误和断路器设备故障带来的影响，可靠性有了很大的提高，也比较经济。我国制造的补偿电容器技术有了很大的提高。新型的补偿电容器产品，容量大，体积小，并采用防爆和阻燃结构，安全性很好，不需要布置在有防火要求的房间内，可就地布置。一些进口的著名品牌的补偿电容器性能就更好，为异步电动机使用就地补偿技术创造了条件，经济性也有了进一步的提高。二种电动机技术性能和经济指标的分析从以上调查的情况可以看出，随着我国电力和电机工业的技术进步，GB/T50265-97《泵站设计规范》所依据的情况有了很大的变化，《规范》本身在电动机选择的条款中使用了“宜用”这两个字，允许进行选择，根据的实际情况，可以对主电动机设计进行优化。随后我们对某泵站使用这二种电动机的优缺点进行了分析比较：技术性能方面分析比较：功率因数特性：同步电动机可以通过调节励磁来调节电动机的功率因数，适应电网电压波动能力较强，能进行无级调节，在负载和电网电压变化时，做到恒功率因素运行，补偿的质量高。必要时可以超前运行，向电力系统返送无功功率，以改善电网的运行质量。而异步电动机的功率因素是无法调节的，而且随着负载和电网电压的变化而变化，也不能向电力系统返送无功功率。大某泵站的主电还动机与水泵通金过变速箱连接是，采用高速电晨动机，转速宵达腔100载0蒸转顶/洪分。如采用异令步电动机，其肥本身的功率因胃素就比较高，惊达委0.85啦6雕，通过少量的造电容补偿觉（淹120kVa阀r源）就可以使供竟电母线端的功序率因素达到供荡电部浅门如0.蔑9晌以上的要求。鉴根据电机厂提浙供的资料，在东水泵扬程范围非内，电动机功姥率应帐在滨1100k起W战－笛1600k沈W团内变化，补偿矿后，对应供电讽母线端的功率昼因素变化范围藏为骤0.9虑0唯－企0.9新1锻，补偿的质量公是令人满意的俗。某泵站主变居压器采用有载柔调压来调节母选线电压，母线忘电压相对比较化稳定，受电网肌波动影响比较佩小，因此电网辽电压波动不会符影响补偿效果欢。太向某泵站做供电狐的瑞110k灿V步震泽变电所以对前是地区中心怖变电所，随着锻地区工业的发找展，地区新矛建恳220k疮V家中心变电所，味震泽变电所降鹅为分支变电所惧，电网容量比淘较大，设备也的进行了更新态改造，电网质断量有了很大的退提高，对用户扛用电设备的要激求也相应地降篇低。当地供电占部门吴江供电俊局同意某泵站洪主电动机选用感异步电动机，怎只要求电动机宁母线的功率因惭素炕在循0.启9答以上，没有要睁求泵站向电力恒系统返送无功论功率，对返送独无功功率也不我进行补贴。由灾此可见同步电火动机在功率因郊素特性方面的屈优势，在本泵右站并不明显。雁电动机的转速按特性：同步电而动机转速恒定墙，为同步转速院，广泛用于转叙速要求恒定的亩机械设备。而挡异步电动机转民速不恒定，与貌同步转速有一竟个滑差，以低魂于同步转速的钻转速运行，找随着负载的增怒加，转速差相灭应增加行。仁观水泵对转浓速恒定没有要安求，但转速变改化太大，将影交响出水流量。辆某泵站异步电帝动机在额定负炕载时转速最低础为辽99赏4位转学/荒分，滑差率顽为解0.6留%痕，对水泵流量张的影响极小，浆因此两种电动栏机转速特性均意满足要求。踪电动机效率特嘱性：某泵站主各电动机采用同崇步电动机其本崖体效率影为萍96.5吼%私，对应异步电湿动机本体效率猛为填96.0鞠%暗。但这只是电摸动机本身的效蠢率，同步电动匠机要配备励磁哑装置，励磁装帮置消耗的功率迁为益40k请W括，这样同步电驼动机＋励磁装率置的效率饲为兵9贷4双％。异步电动愧机配备的补偿讨电容器，只消弄耗无功功率，蒸几乎不消耗有诞功功率，因此熄整个装置的效娘率，同步电动绕机低于异步电破动机锻。很俭电动机转矩特距性：同步电动贱机的转矩受外伸界电压和负荷太变化影响小，推本泵站采用有际载调压，电动铺机母线电压波程动范围很小；晋泵站水位的变条化范围也比较贵小，负荷变化千相对比较小，春水泵对转矩性劝能的要求不高腊，因此两种电绘动机转矩特性柄都能够满足泵草站机组正常运去行的要求，差乏别不大。电动腹机的启动转矩首特性是一个非幕常重要运行参深数，同步电机躺启动时是异步朽启动然后投入虫励磁，牵入同令步，所以无论风是同步或异步影电动机，起动乒转矩特性是一进致的套。吃产电机结构方面抹分析比苍较耕侧同步电动机配稠套的电气设备凑、保护设备比桥较复杂，特别银是励磁装置属粮复杂的电子设夸备，技术要求称高，容易发生我故障，安装调伸试工作量很大催。异步电动机瓶配套电气设备呢仅为电容补偿猛装置，该装置器比较简单，工鞠作比较可靠，腥安装维护工作摊量都猪很小隆。蔬莲同步电动机内茄有滑环和炭刷击，除本身故障敌外，在运行中系相互磨擦，磨而擦产生的导电窝碳粉会吸附在炭定子和转子上狗，使其绝缘电艇阻下降，影响侦运行安全。而钟异步电动机没精有滑环和炭刷垫，也就没有上谢述问题快。连等同步电动机转叔子采用线绕结料构，转子线圈搂的线间绝缘容屈易发宜生故障。而异延步电动机转子荐采用铜条铸造肆，没有线圈，尿故障率极低种。丝影尽管近年波我国电机和励舅磁装置制造水背平得到了较大唯的提高，由于锅其结构特点，驼同步电动机发顺生故障的概率辩还是远高于异厨步电动机。燕运行管理方面墙分析比较晌：顺滨同步电动机配览备的励磁装置辆，其功能是启厕动时牵入同步须；运行中调节圆功率因素，保川持同步，防止专失步；停机时窗释放转子能量仰，进行灭磁等井等。启动、停妹机和运行过程再比异步电动机辈复杂的多，日阁常运行管理也桥需要配备较高否水准的专业技牵术人员进行操百作和维护。异绝步电动机没有节励磁装置，一土般技术工人都辩可以进行管理扬和维护今。任鞭同步电动机的醉滑环和炭刷在婶运行中要产生混损耗，运行一阶定的时间就需秆要更换。吸附斜在定子和转子认上导电碳粉，压也必须定期清纷理。初步设计真中某泵站的供签水年运行小时吴数张170摩0边小时，而且集哄中立在狮4承～常1涨0贩月，属间歇运滚行。同步电动恐机的滑环长时涨间不用会产生赏氧化层，再次鱼启动前必须对柿滑环进行打磨枪，否则会引起需滑环和炭刷接闷触不良，影响缘运行安全。励何磁设备属电子蚀器件，长时间涂不用也容易产吹生故障，再次冷启动前必须进旅行检查和测试晴，增加了运行灵维护的工作量委。而异步电动蠢机没有滑环和虽炭刷，也没有翠励磁装置，操盛作非常简单，壤没有上述维护伪工作，运行维杀护工作量小挥。紧懒经济性方面分汗析比较摄：叼扛同步电动机的抱造价比较高，损以某泵站为例倾，同步电动机袜＋励磁装置询怖价师为湿49.柱5刷万课元炒/驰每台，异步电氧动机＋补偿电常容器的摩询价子为扰3职9夺万锋元宪/闷每台，约便暗宜调2码0孕％。由于某泵仆站主电动机设执计优化是在设或备招标以后进供行，这个优势敬并不明显糟。伯斗选用异步电动版机后，站用变哪压器舅从去800kV落A皂降息至漂630kV涨A另，取消了励磁编变压器室和励胁磁装置专用的裂低压配电屏，导简化了计算机觉监控系统的配维置，同时还节誉省了较高的励裹磁装置安装调汤试费用耳。拒梁励磁装置运行窝中要耗电，约职每既台舅40k吗W疫，考虑到同步煎电动机效率比帽异步电动机效构率储高义0.诚5怕％，实际同步华电动机多耗红电皮32k冶W皇，按年运个行顿60隶0稻小时计算迟，丹6继台机组每年多常耗滥电完11520锦0鞋千瓦小时出。样结论意见掉根据上述影分析比较，就顺某泵站的具体琴情况而言，同秩步电动机的性卖能优势并不明求显。相反异步共电动机性能满退足运行要求，述结构简单，工尼作可靠，运行秋管理方便，经站济性较好。经是广泛征求专家井们的意见后认壁为：某泵站主卡电动机选用异觉步电动机更为休合理。良对泵站主电动捉机选择的几点病建稻议顶所对规范有关条店款应正确理且解敌嫌科学在进娃步，技术在发捞展，规范的制坛定往往会滞后肝，在电气领域预表现就比较明忍显。除强制性裳条款外，尤其音是麻“他宜尾”孟的条款，应理览解条文的含义毒，根据实际情通况，选择新工式艺、新设备，秩对一些已被实鬼践证明切实可赏行的新技术应姨大胆采用。万异步电动机适轿用场胁合肺拣某泵站选赛用异步电动机伶是合理的，并北不等于其他泵熊站选用异步电佳动机就都是合椒理的，应根据懂泵站的具体情亲况来确定，主雁要从以下几个疯方面：榆电网的承受能阳力：当地电力枕系统的容量和当补偿能力是否障允许选用异步骄电动机，供电千部门是否同意歉。慌映电动机的转速裤：异步电动机狠转速越低，功闹率因素也越低专，补偿电容容慈量就比较大，茂经济上就可能气不合算喂。槽寒电动机的功率糠：异步电动机澡的功率越大，伯补偿电容容量浸按比例增加，岁如采用同步电鲜动机，励磁装部置随电动机功鬼率的增加，费榨用增加很少，催对于特大型电晃动机，同步电铁动机会比异步缠电动机更经济炎。合暮需要说明援的是经济性应厦将后二点综合更起来评价，一组般情况下，电薯动机转速越高颈，异步电动机左的适用功率可字以大一点，目悼前泵站最大异偿步电动机功率计已减达许3000k分W绸。电动机转速烤越低，则异步千电动机的适用欢功率就会受到林限制。陷泵站主电动机泊选择的多样拨性鲜古在泵站主弓电动机选择中缎，也可突破必菜须选择同一种庆类电动机的框维框，东深工程叉某泵站就采用锻异步电动机加肯同步电动机进扛行无功补偿的悄方式。该泵站枝采用大型立式晶直联机组，电小动机转速比较嘉低，功率平达违5000k哑W肃，如全部选用偷异步电动机，靠补偿电容量很稠大，而且要占参用很大脖的厂房面积，成经济上不合算锯；