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
【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。

1.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。

1.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S sc取为
10MVA，供电变压器额定容量S rT为800kVA，供电变压器阻抗电压相对值u k%为6%，
电动机额定容量P rm=225kW，功率因数cosφ=0.81，电动机额定启动电流倍数
K st=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
X L=0.08*L=0.004Ω。

变压器二次侧母线预接负荷S L=0.5MVA，预接负荷功率因数cosφL=0.92，母线预接负荷无功功率Q L=0.196Mvar。

计算如下：
电动机额定容量S rm=P rm/（cosφ·η）=0.314MVA
电动机额定启动容量S stM=S rm*K st=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S rm=P rm/（cosφ·η）=0.314MVA
电动机额定启动容量S stM=S rm*K st=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。

1.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m s为1.1，机械静转矩相对值m stM为0.3，经校验，可保证传动机械要求的启动转矩。

1.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。

1.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。

1.参考文献
[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）。