水泵电动机的启动及变压器的选择

水泵电动机的启动及变压器的选择

侯赛英,徐亦迅,李焱威

（长江勘测规划设计研究有限责任公司 湖北武汉 430015）

【摘要】电动机启动是供配电系统中电压暂降的常见原因。在供配电系统设计中，主要关注电动机启动时其端子的电压和配电母线的电压。本文采用近似计算方法，结合实际案例对水泵电动机的启动及变压器的选择进行了设计总结。

【关键词】供配电；电动机启动；变压器容量；电压暂降；

1. 供配电系统概况

为保证泵站连续、可靠地运行，本站按二级用电负荷标准进行设计，由两回电源供电。两回10kV电源均引自上级变电站，同时供电、一用一备，每回电源均应能承担全部负荷。10kV及0.4kV配电系统均采用双电源、单母线分段结线方式，分段开关处设手/自投装置。

10kV侧单回电源线路按承担100%供电负荷设计，若一回电源失电，由另一回电源承担全部负荷。10/0.4kV单台变压器容量按承担100%供电负荷设计，正常运行时2台变压器一用一备，供电母联开关合闸；当一台变压器发生故障或检修时，由另一台变压器承担100%的负荷。

泵站主要用电负荷为3台225kW贯流泵，另有格栅机、皮带机、闸门启闭机及自控装置等附属设施用电负荷。用电设备电压等级均为380/220V，总安装容量约为700kW。

2. 变压器容量初选

在设备正常运行工况下，需要系数按照电动机负载率及电动机效率进行选取，经计算，用电设备计算负荷约为627kW/658kVA。

用电设备负荷计算见表2-1。

表 2-1 用电设备负荷计算表

根据设备运行情况综合考虑后，10/0.4kV变电所拟选取800kVA、10/0.4kV变压器2台，向AC220/380V设备供电。两台变压器一用一备运行，单台变压器负载率约为82%。变压器负载率不大于85%，可以满足长期运行条件的要求。

3. 电动机启动校验

电动机启动时，其端子电压应能保证被拖动机械要求的启动转矩，且在配电系统中引起的电压暂降不应妨碍其他用电设备的工作。

一般情况下，电动机频繁启动时不应低于系统标称电压90%，电动机不频繁启动时，不宜低于系统标称电压的85%。

根据《泵站设计标准》（GB 50265）要求，电动机启动计算应按供电系统最小运行方式和机组最不利的运行组合形式进行：当同一母线上全部连接异步电动机时，应按最后一台最大机组的启动进行启动计算。对本站而言，应以采用长距离高压线路电源供电，泵站2台380V 225kW电动机已经投入运行，按最后1台380V 225kW电动机启动进行计算。

根据贯流泵厂家提供的资料，在水泵最大工况点处，水泵电动机功率约为195.9kW，功率因数为0.81，电动机效率为88.5%。

在无限大电源容量系统供电情况下，最小运行方式系统短路容量Ssc取为10MVA，供电变压器额定容量SrT为800kVA，供电变压器阻抗电压相对值uk%为6%，电动机额定容量Prm=225kW，功率因数cosφ=0.81，电动机额定启动电流倍数Kst=4，电动机效率为88.5%，电动机电缆线路长度L=50m，电缆线路阻抗XL=0.08*L=0.004Ω。变压器二次侧母线预接负荷SL=0.5MVA，预接负荷功率因数cosφL=0.92，母线预接负荷无功功率QL=0.196Mvar。计算如下：

电动机额定容量Srm=Prm/（cosφ·η）=0.314MVA

电动机额定启动容量SstM=Srm*Kst=1.255MVA

母线短路容量

启动回路额定输入容量

母线电压相对值42

母线电压不能满足电动机不频繁启动时不宜低于系统标称电压的85%的要求。

若更换为1000kVA变压器，其余参数不变，再次进行校验；

电动机额定容量Srm=Prm/（cosφ·η）=0.314MVA

电动机额定启动容量SstM=Srm*Kst=1.255MVA

母线短路容量

启动回路额定输入容量

母线电压相对值

56

变压器容量更换为1000kVA后，母线电压能够满足电动机不频繁启动时不宜低于系统标称电压的85%的要求。

4. 降压启动校验

启动时电动机端子电压应能保证传动机械要求的启动转矩，即

电动机启动转矩相对值ms为1.1，机械静转矩相对值mstM为0.3，经校验，可保证传动机械要求的启动转矩。

5. 供电变压器容量校验

电动机启动时，供电变压器容量的校验如下：若每昼夜启动不超过6次，每次持续时间t不超过15s，变压器的负荷率β小于0.9时，启动时的最大电流允许为变压器额定电流的4倍。

对于本站而言，电动机启动时最大电流（1600A）小于1000kVA变压器额定电流4倍（5774A），可以满足要求。

6. 总结

在供配电系统设计过程中，根据负载率选择变压器容量后，还应对电动机的启动进行校验，保证被拖动机械要求的启动转矩，且在配电系统中引起的电压暂降不妨碍其他用电设备的工作。

7. 参考文献

[1]中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用供配电设计手册(第四版)[M].北京:中国电力出版社,2016

[2]《供配电系统设计规范》（GB 50052-2009）

[3]《泵站设计标准》（GB 50265-2022）

[4]《民用建筑电气设计标准》（GB 51348-2019）