惠州大堤加固工程白沙仔排涝站异步电机与同步电机混合运行及无功补偿方案的论证

梁世皎

摘  要：针对白沙仔排涝站机电部分专业特点，介绍了电动机选型、异步电机与同步电机混合运行、高压无功补偿方案、功率因数等。

关键词：排涝站;机电设计;无功补偿;功率因数

中图分类号：TM761.1            文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.027

白沙仔排涝站总装机容量为8×710 kW=5 680 kW，排涝设计流量61 m3/s，共分两期工程实施，其中一期工程装机4台泵组设备，每台水泵配套710 kW异步电动机，于2000年投入运行;二期工程于2008年开始实施，增加4台泵组设备，每台水泵配套电动机功率为710 kW。

本文针对水泵电机选型为均配套同步电机、均配套异步电机和电容补偿装置或异步与同步电动机混合方式运行三种组合方式进行比较，同时对投入运行台数与无功补偿的配合进行论证，通过技术经济比较，选取有利于系统稳定、满足国家标准GB/T 50265—97关于泵站无功就地平衡、功率因数不低于0.9的规定的最优组合方案，以保证机组运行稳定、维护简便，节约投资。

1  电动机机型的选择

本工程电机额定电压均采用10 kV等级，虽然较6 kV电压等级的电机造价高20%，但额定电流相应减少约40%，有利于配套电气设备的选型。近年来，10 kV等级的电气设备也逐年增加，目前国内电机生产厂家的制造能力都能满足本工程要求。

《泵站设计规范》（GB/T 50265—97）10.4.3条规定“主电动机的单机额定容量在630 kW及以上时，宜用同步电动机进行补偿”。异步电机具有结构简单，运行、维护方便，起动力矩大、造价较低优势，但需要装设电容器组进行无功补偿。由于国内排涝泵站运行时间较短，且大部分泵站存在长时间不运行的情况，电容器普遍存在运行不稳定等问题，特别是油浸式电容器，常发生漏油等事故，对电网系统、消防系统等的正常运行非常不利。目前虽然已经有干式电容器组，但投入时间不长，运行效果尚待证实。另外，电容器组发热耗能量较大，运行不节能，占地面积大，不利于厂房布置。同步电动机结构比异步电机多了碳刷、滑环和励磁系统，结构较复杂，运行维护相对不便，且其起动力矩较小、造价较高。同步电机起动力矩虽较小，但能满足本泵站的电机起动要求，且其功率因数高，电机起动电流较小，对电网冲击小，可提高系统稳定性，同时可以给系统提供无功，提高系统功率因数，与异步电机合理配合使用还可以节省无功补偿设备的投资，达到就地平衡的目的。因此，对于机组台数较多的大型泵站，采用异步电机与同步电机混合运行方案是有优势的，表1为机型组合方案。

表1  机型组合方案

方案

2  无功补偿分析及调度运行方案的确定

按设计的电源供电方式，本泵站采用单母线接线，采用10 kV电源一回专线进行供电，所有机电均接于同一母线上，现确定异步电机所需的无功功率和同步电机的补偿能力。电机的基本参数如表2所示。

表2  电机基本参数

式（1）（2）（3）中：Pca为有功计算负荷，kW;Qca为无功计算负荷，kVar;Qc为无功补偿容量，kVar;φ1，φ2为补偿前后功率因数角。

式（4）中：Sn为同步电动机的额定视在功率;φn为同步电动机额定功率因数角;β为同步电动机的负荷率，取0.9;γ为同步电动机负载时的无功功率增加系数，取0.36.

将数据代入式（4）中可得Qm=710/0.9×[0.44+0.36×（1-0.9）]=371 kVar。

根据以上计算结果，本泵站每台同步电动机的补偿能力略大于每台异步电机所需的无功补偿容量，满足运行要求的组合有1台异步电动，4台同步电机;1台异步电动，3台同步电机;1台异步电动，2台同步电机;1台异步电动，1台同步电机;2台异步电动，4台同步电机;2台异步电动，3台同步电机;2台异步电动，2台同步电机;3台异步电动，4台同步电机;3台异步电动，3台同步电机;4台异步电动，4台同步电机。

根据以上组合分析，只需投入同步电机台数大于或等于投入异步电机台数，功率因数均大于0.9，满足国家标准GB/T 50265—97关于泵站无功就地平衡、功率因数不低于0.9的规定即可。

3  结束语

据了解，国内同类型的抽水泵站中，东深供水改造工程就采用同步电机—异步电机混合运行组合方式解决无功补偿问题，并且取得了很好的运行效果，运行机组的综合功率因数均在0.92以上，超过了设计理论指标值。同步电机—异步电机混合运行组合方式适用于本泵站，对无功就地平衡也是可行、有实效的。

参考文献

[1]中华人民共和国水利部.GB/T 50265—97 泵站设计规范[S].北京：中国计划出版社，1997.