电动机的转速特性:同步电动机转速恒定,为同步转速,广泛用于转速要求恒定的机械设备。而异步电动机转速不恒定,与同步转速有一个滑差,以低于同步转速的转速运行,随着负载的增加,转速差相应增加。
水泵对转速恒定没有要求,但转速变化太大,将影响出水流量。太浦河泵站异步电动机在额定负载时转速最低为994转/分,滑差率为0.6%,对水泵流量的影响极小,因此两种电动机转速特性均满足要求。
电动机效率特性:太浦河泵站主电动机采用同步电动机其本体效率为96.5%,对应异步电动机本体效率为96.0%。但这只是电动机本身的效率,同步电动机要配备励磁装置,励磁装置消耗的功率为40kW,这样同步电动机+励磁装置的效率为94%。异步电动机配备的补偿电容器,只消耗无功功率,几乎不消耗有功功率,因此整个装置的效率,同步电动机低于异步电动机。
电动机转矩特性:同步电动机的转矩受外界电压和负荷变化影响小,本泵站采用有载调压,电动机母线电压波动范围很小;泵站水位的变化范围也比较小,负荷变化相对比较小,水泵对转矩性能的要求不高,因此两种电动机转矩特性都能够满足泵站机组正常运行的要求,差别不大。电动机的启动转矩特性是一个非常重要运行参数,同步电机启动时是异步启动然后投入励磁,牵入同步,所以无论是同步或异步电动机,起动转矩特性是一致的。
电机结构方面分析比较
同步电动机配套的电气设备、保护设备比较复杂,特别是励磁装置属复杂的电子设备,技术要求高,容易发生故障,安装调试工作量很大。异步电动机配套电气设备仅为电容补偿装置,该装置比较简单,工作比较可靠,安装维护工作量都很小。
同步电动机内有滑环和炭刷,除本身故障外,在运行中相互磨擦,磨擦产生的导电碳粉会吸附在定子和转子上,使其绝缘电阻下降,影响运行安全。而异步电动机没有滑环和炭刷,也就没有上述问题。
同步电动机转子采用线绕结构,转子线圈的线间绝缘容易发生故障。而异步电动机转子采用铜条铸造,没有线圈,故障率极低。
尽管近年我国电机和励磁装置制造水平得到了较大的提高,由于其结构特点,同步电动机发生故障的概率还是远高于异步电动机。
运行管理方面分析比较:
同步电动机配备的励磁装置,其功能是启动时牵入同步;运行中调节功率因素,保持同步,防止失步;停机时释放转子能量,进行灭磁等等。启动、停机和运行过程比异步电动机复杂的多,日常运行管理也需要配备较高水准的专业技术人员进行操作和维护。异步电动机没有励磁装置,一般技术工人都可以进行管理和维护。
同步电动机的滑环和炭刷在运行中要产生损耗,运行一定的时间就需要更换。吸附在定子和转子上导电碳粉,也必须定期清理。初步设计中太浦河泵站的供水年运行小时数1700小时,而且集中在4~10月,属间歇运行。同步电动机的滑环长时间不用会产生氧化层,再次启动前必须对滑环进行打磨,否则会引起滑环和炭刷接触不良,影响运行安全。励磁设备属电子器件,长时间不用也容易产生故障,再次启动前必须进行检查和测试,增加了运行维护的工作量。而异步电动机没有滑环和炭刷,也没有励磁装置,操作非常简单,没有上述维护工作,运行维护工作量小。
经济性方面分析比较:
同步电动机的造价比较高,以太浦河泵站为例,同步电动机+励磁装置询价为49.5万元/每台,异步电动机+补偿电容器的询价为39万元/每台,约便宜20%。由于太浦河泵站主电动机设计优化是在设备招标以后进行,这个优势并不明显。
选用异步电动机后,站用变压器从800kVA降至630kVA,取消了励磁变压器室和励磁装置专用的低压配电屏,简化了计算机监控系统的配置,同时还节省了较高的励磁装置安装调试费用。
励磁装置运行中要耗电,约每台40kW,考虑到同步电动机效率比异步电动机效率高0.5%,实际同步电动机多耗电32kW,按年运行600小时计算,6台机组每年多耗电115200千瓦小时。
结论意见
根据上述分析比较,就太浦河泵站的具体情况而言,同步电动机的性能优势并不明显。相反异步电动机性能满足运行要求,结构简单,工作可靠,运行管理方便,经济性较好。经广泛征求专家们的意见后认为:太浦河泵站主电动机选用异步电动机更为合理。