大功率低压电机供电用变压器的选择与探讨

2021-06-03张沛广

水电站机电技术 2021年5期

张沛广

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐 830000）

1 引言

目前国内常规大功率电机通常采用高压电机，但是由于本工程根据实际工程情况布置及电机特性，综合考虑，闸门采用的是低压电机。由于本工程属于大（I）型水利枢纽工程，一旦发生溃坝或闸门不能正常启动，将对人民生命安全造成威胁，对人民生产生活造成不可估量的损失，因此对供电提出了更高要求。本文通过简化计算对变压器进行了选择，为后续工程中低压大功率电机供电变压器的选择提供了借鉴。

2 选型设计

2.1 工程状况

新疆阿尔塔什水利枢纽工程位于叶尔羌河干流山区河段上，是叶尔羌河干流山区河段的控制性水利枢纽工程，是一座具有防洪、灌溉、生态和发电等综合任务的大（Ⅰ）型水利枢纽工程。本电站坝顶海拔1 821.80 m，多年平均气温10.2 ℃，极端最高气温39.8 ℃，极端最低气温-24 ℃，多年平均相对湿度54%，地震烈度为Ⅷ度。阿尔塔什水利枢纽工程总装机容量为755 MW。其中主电站单机容量175 MW，装机台数为4台，利用小时数为2 457 h，距离坝区约16 km。生态电站单机容量为27.5 MW，装机台数为2台，利用小时数为7 418 h，布置在坝后右岸，距离坝区约1～2 km。

新疆阿尔塔什水利枢纽工程采用混凝土面板砂砾石-堆石坝，坝区负荷主要分布在左右岸，其中1号发电洞进口闸房、1号深孔防控排沙泄洪洞闸房、2号发电洞进口闸房布置在坝区联合进水口。

2.2 坝区电源接线方案

考虑到生态电站距离坝区近，年利用小时数高，因此坝区工作电源取自生态电站发电机出口10 kV侧。根据SL 74《水利水电工程钢闸门设计规范》中2.1.3“泄水和水闸系统工作闸门的启闭机，应设备用动力”，在SL 485《水利水电工程厂（站）用电系统设计规范》中3.1.5 也有类似的规定“有泄洪要求的大坝闸门启闭机应有2个电源”，因此另一回电源取自喀群一级水电站至阿尔塔什水利枢纽工程35 kV输变电工程的10 kV侧，这样不仅解决了建设期间施工对电力的需求，工程竣工后的运行期还可作为坝区的备用电源。0.4 kV侧配置一台柴油发电机作为坝区的保安电源。

变压器具有布置紧凑、占地面积小、安装方便、选址灵活、对环境适应性强的特点，由于联合进水口布置空间有限，故在1号深孔泄洪洞闸房旁布置1套变压器。

2.3 变压器容量的选择

2.3.1 联合进水口负荷

表1 坝区右岸负荷表

由于联合进水口闸门正常运行时，最大负荷为1号深孔泄洪洞的事故闸门和2号发电洞事故闸门存在同时运行，根据《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》P271，公式7-18，

式中：S—所选变压器容量（kVA）；

Kl—动力负荷换算系数，同时率取1，Kl取1.25；

∑P1—所有动力负荷之和，取820 kW；

∑PZ—电热及照明负荷之和，取300 kW；

最终计算得：S≥1 325 kW。

所以变压器容量选择1 600 kVA。

2.3.2 变压器变比及接线组别的选择

由于本工程联合进水口变压器进口电源，一回来自生态电站10 kV厂用电，电缆型号为ZRYJV22-8.7/15-3×95，电缆长度为2.4 km，生态电站高压厂用电电压为10.5 kV；另一回来自管理区变电站，中间采用两种类型的电缆，其中电缆型号ZRYJV22-8.7/15-3×120，长度约6.8 km，电缆型号为计为ZR-YJV22-8.7/15-3×95，电缆长度为2.4 km。

（1）根据来自生态电站的一回电源选择的变压器高压侧电压.

1）来自生态电站10 kV线路电流为：

2）变压器高压侧电压为：

式中：U—变压器高压侧电压，kV；

U1—线路标称电压，取10 kV；

U2—生态电站高压厂用电电压，取10.5 kV；

S—变压器容量，取1 600 kVA；

△U—线路压降，kV；

I—线路电流，A；

Z—线路阻抗，取0.22 Ω/km；

L—线路长度，取2.4 km；

当采用第一回生态电站供电时，因为电源侧压降较小，所以联合进水口变压器高压侧可采用10.5 kV。

（2）管理区变压器容量为6 300 kVA。

1）第一段10 kV线路的额定电流为

2）第二段按联合进水口变压器计，10 kV线路的额定电流为

3）变压器高压侧电压为：

U—变压器高压侧电压，kV；

U1—线路标称电压，取10 kV；

U2—生态电站高压厂用电电压，取10.5 kV；

S—变压器容量，取1 600 kVA；

△U—线路压降，kV；

I1—第一段线路电流，363.8 A；

Z1—第一段线路阻抗，取0.183 Ω/km；

L1—第一段线路长度，取6.8 km；

I2—第二段线路电流，92.38 A；

Z2—第二段线路阻抗，取0.22 Ω/km；

L2—第二段线路长度，取2.4 km；

当采用第二回管理区施工变电源供电时，联合进水口变压器高压侧可采用10 kV。

考虑到后期联合进水口变压器主电源引自生态电站，第二回管理区施工电源为备用电源，且第二回管理区施工电源在前期施工期负荷较大，后期运行期间负荷较小，压降较小，故综合考虑，变压器高压侧采用10.5 kV、无载调压变压器。由于变压器主要供电对象为闸门电机、动力箱、照明箱等，均采用0.4 kV，且根据NB/T 35044-2014《水力发电厂厂用电设计规程》，低压厂用电宜采用TN-S或TN-C-S，低压厂用电电压宜采用0.4 kV，因此变压器变比为10.5±2.5%/0.4 kV，联接组别为Dyn11,变压器的型号确定为SC13-1600/10.5。

2.3.3 变压器容量校验

变压器布置在1号发电洞事故闸门闸房下游侧，供电对象为1号发电洞事故闸门、2号发电洞事故闸门、1号深孔检修闸门、动力箱、照明箱等，由上可知，最大负荷为1号深孔泄洪洞的事故闸门和2号发电洞事故闸门存在同时运行，且2号发电洞事故闸门负荷最大。因此只需对2号发电洞事故闸门电机启动进行校验。

（1）校验正常情况下2号发电洞事故闸门启动，根据厂家资料，闸门电机负荷为4×160 kW，电机采用变频启动，启动电流倍数取2，功率因数取0.8，考虑到近年来常常因为电缆老化发生事故，因此本阶段电缆采用四根ZR-YJV22-0.6/1-3×300+1×150的电缆并联，单根电缆长110 m。根据NB/T 35044-2014《水力发电厂厂用电设计规程》计算变压器母线压降。

1）电机的启动容量为：