2000年4月水利部规划设计总院对初步设计进行审查,泵站主电动机仍选择同步电动机。其主要依据是GB/T50265-97《泵站设计规范》10.4.3条规定“主电动机的单机额定容量在630kW及630kW以上时,宜用同步电动机进行补偿。”在此规范的“条文说明”中对此作了进一步的说明:“由于同步电动机与静电电容器补偿相比有一些明显的优点,如适应电网能力强,能进行无级调节等,所以在经济性比较相差不多的情况下,宜优先采用同步电动机补偿。在这两条文中推荐单机容量以630kW为界分别采用两种补偿方式。”因此上海勘测设计研究院在太浦河泵站初步设计报告中,对主电动机选用同步电动机是符合规范要求的。
编制规范有关条款时的历史背景:
该规范的条款引自原部标《泵站技术规范》SD204-86(设计分册),这些条款是根据当时我国的实际状况制定的:
电力工业发展水平的局限。在六、七十年代,我国电力工业基础还是比较薄弱的,电网的容量普遍都比较小,新投入的大型电动机在电网中占的比例相对比较大,这些电动机的运行状况直接影响电网的运行质量。一些地区变电所的资金投入不足,设备陈旧,特别是无功补偿能力很差,所以供电部门要求对系统中大型电动机(一般500kW以上)采用同步电动机,除提高电动机本身的功率因素和运行质量外,以便在电网需要时向系统返送无功功率,以提高电网功率因素。对此供电部门还按返送无功功率的大小进行补贴,鼓励用户采用同步电动机。
电器工业制造水平的限制。当时我国补偿电容器的制造技术比较落后,基本是原苏联三、四十年代设计的产品,体积大,安全性很差,经常发生爆炸事故。当时规定电力电容器必须集中布置在有防火措施的房间内,并要设专用的比较昂贵的断路器。大型电动机的补偿容量大,电容器室的面积相应就很大,补偿电容器的安全性又很差,无论是一次投资还是今后的运行费用都比较高。
因此当时制定这些条文是合理的,也是必要的,在那个年代,对泵站的安全、经济运行起到了一定的指导作用。
主电动机优化设计
优化设计的依据
在工程进展工程中,我们获得信息,近年来大型异步电动机在泵站得到了广泛应用,给了我们很大的启示。工程指挥部组织设计人员展开了深入的调研。调研发现:
十几年来电力工业有了飞速的发展。不但大城市的电力系统容量成倍地增长,就是一些沿海地区的农村电网系统容量也有较大的增长。大型电动机在电网中占的比例相对比较小,这些电动机的运行状况不会严重影响电网的运行质量。一些地区变电所经过改造以后,设备先进,无功补偿能力很强。所以供电部门对系统中的大型电动机,只要电动机母线的功率因素在0.9以上,选择什么形式的电动机不作严格限制,由用户自己确定。对返送无功功率也不再进行补贴,为大型电动机选用异步电动机创造了条件.
八十年代开始,电动机的就地补偿技术得到广泛的应用和推广,补偿电容器采用分散方式布置,每台电动机旁配备一组电容器,这样补偿效果好,还可以取消昂贵的断路器,既避免了操作上的失误和断路器设备故障带来的影响,可靠性有了很大的提高,也比较经济。
我国制造的补偿电容器技术有了很大的提高。新型的补偿电容器产品,容量大,体积小,并采用防爆和阻燃结构,安全性很好,不需要布置在有防火要求的房间内,可就地布置。一些进口的著名品牌的补偿电容器性能就更好,为异步电动机使用就地补偿技术创造了条件,经济性也有了进一步的提高。
二种电动机技术性能和经济指标的分析
从以上调查的情况可以看出,随着我国电力和电机工业的技术进步,GB/T50265-97《泵站设计规范》所依据的情况有了很大的变化,《规范》本身在电动机选择的条款中使用了“宜用”这两个字,允许进行选择,根据的实际情况,可以对主电动机设计进行优化。随后我们对太浦河泵站使用这二种电动机的优缺点进行了分析比较:
技术性能方面分析比较:
功率因数特性:同步电动机可以通过调节励磁来调节电动机的功率因数,适应电网电压波动能力较强,能进行无级调节,在负载和电网电压变化时,做到恒功率因素运行,补偿的质量高。必要时可以超前运行,向电力系统返送无功功率,以改善电网的运行质量。而异步电动机的功率因素是无法调节的,而且随着负载和电网电压的变化而变化,也不能向电力系统返送无功功率。
太浦河泵站的主电动机与水泵通过变速箱连接,采用高速电动机,转速达1000转/分。如采用异步电动机,其本身的功率因素就比较高,达0.856,通过少量的电容补偿(120kVar)就可以使供电母线端的功率因素达到供电部门0.9以上的要求。根据电机厂提供的资料,在水泵扬程范围内,电动机功率应在1100kW-1600kW内变化,补偿后,对应供电母线端的功率因素变化范围为0.90-0.91,补偿的质量是令人满意的。太浦河泵站主变压器采用有载调压来调节母线电压,母线电压相对比较稳定,受电网波动影响比较小,因此电网电压波动不会影响补偿效果。