恰木萨水电站泄洪冲沙闸总进线回路脱扣器的选择

马威锋

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

恰木萨水电站是新疆叶尔羌河流域梯级开发中的第2级电站，为引水式电站。工程主要由拦河引水枢纽、发电引水系统、压力前池、压力管道、电站厂房等组成。电站装机容量为203MW。

拦河引水枢纽设置泄洪冲沙闸共19孔，排冰闸1孔，发电引水闸3孔，灌溉闸1孔，闸群呈“一字型”布置。规划、水工、机电及金结等相关专业依据泄洪水量的要求，本着可靠经济的设计思路，确定最大洪水泄洪闸的开启方式为：分批次依次开启19孔泄洪闸，每批次同时开启4孔。

为减小启动电流，本工程各闸门电动机采用降压启动方式。由于各闸门的供电距离远近不一，距离变压器最近的约10m，最远的约270m，且负荷较大，有同时启动的要求。对于以上工程的实际要求，在进行电动机供电设计时，对多台电动机长距离同时启动时总进线回路脱扣器的选择带来一定影响。

2 总进线回路脱扣器的整定及校验

系统接线图如图1所示。

2.1 短路电流计算

(1)变压器的阻抗值

(2)电缆阻抗值

查询相关资料得出每米电缆的电阻值及电抗值，进而求得电缆的阻抗值

R缆=0.204×270=55.08MΩ

X缆=0.078×270=21.06MΩ

(3)母线阻抗值

查询相关资料得电流互感器及断路器的阻抗值约为：

R其它=0.3MΩ

X其它=1.2MΩ

(4)馈线回路总阻抗值

R∑=4.74+55.08+0.26+0.3=60.38MΩ

X∑=14.44+21.06+2.8+1.2=39.5MΩ

=72.16MΩ

图1 系统接线简易图

(5)如图1所示，求得第一组电动机总进线回路末端三相短路电流为：

求得总进线回路末端两相短路电流为：

(6)查询相关资料可得变压器的单相短路时正序、负序及零序阻抗值分别为：

R变正序=R变负序=5.25MΩ，R变零序=58MΩ

X变正序=X变负序=21.74MΩ，X变负序=110MΩ

(7)查询相关资料可得电缆的单相短路时的正序、负序及零序阻抗值分别为：

R缆正序=R缆负序=0.204×270=55.08MΩ

R缆零序=0.45×270=121.5MΩ

X缆正序=X缆负序=0.105×270=28.35MΩ

X缆负序=0.18×270=48.6MΩ

(8)单相短路电流计算

2.2 脱扣器的整定

根据规范要求，断路器过流脱扣器的整定按表1选择。

表1 断路器过电流脱扣器整定电流算式

注：*两式中取大者

Iz￣—脱扣器整定电流，A；IQ—电动机启动电流；IE—电动机额定电流

2.3 脱扣器灵敏系数校验

图2 调整后的系统接线简易图

3 结果分析及应对方案

根据以上计算分析可知，单相短路及两相短路时,脱口器的灵敏系数不能满足要求的主要原因有:

(1)多台电动机同时启动的启动电流较大，导致脱扣器整定值偏大。

(2)闸门的供电距离较远，电缆回路总的阻抗值较大，使得短路电流值衰减的较多。

应对方案：要想使脱扣器的灵敏系数增大，只有增大短路电流值或者减小脱扣器的整定值的办法。

方案一：增大短路电流可采取增加电缆截面的办法，但截面过大则可能导致电缆无法选择，若采用多根并联则会增加相应回路及其电气设备，导致成本增加，而且不利于电缆的敷设，反而带来新的问题。

方案二：减小脱扣器的整定值可通过改变电动机的启动方式来实现，由串电阻降压启动改为变频启动，变频器可以依据实际需要，对启动电流进行设置，效果最好，但由于本工程闸门负荷数量较多，直接投资成本过高，所以不推荐。

方案三：减小脱扣器的整定值可通过改变电动机的接线方式，增加供电回路数，减少单个回路上电动机的数量，经过计算，这种方式使得脱扣器的整定值明显减小，由于减小了电缆截面，导致短路电流值也在减小，但其比值(灵敏系数)却在增加，通过合理的选择导线截面及回路数，即可满足要求。调整后接线方式详如图2所示。

根据图2接线方式，重新计算后得：短路点三相短路电流值为2.26kA；两相短路值为1.96kA；单相短路值为1.2kA；脱扣器的整定值为0.8kA。

4 结论

根据以上分析可知，多台电动机长距离同时启动时，电动机总进线回路脱口器灵敏系数往往较低，不能满足要求，提高脱扣器的灵敏系数成为合理选择脱扣器的关键。本文结合问题，本着经济合理、接线清晰的设计原则，着重分析了各种应对方案的可行性，提出了经济合理的解决方案。

不足之处在于，该方案使得电动机总进线回路数增加了1倍，给电缆敷设增加了难度；采用降压启动时启动电流较大是导致脱扣器灵敏系数偏小的主要原因之一，如果有条件，可选择变频器启动方式。