恰木薩水電站泄洪沖沙閘總進線回路脫扣器的選擇

馬威鋒

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

恰木薩水電站是新疆葉爾羌河流域梯級開發(fā)中的第2級電站，為引水式電站。工程主要由攔河引水樞紐、發(fā)電引水系統(tǒng)、壓力前池、壓力管道、電站廠房等組成。電站裝機容量為203MW。

攔河引水樞紐設(shè)置泄洪沖沙閘共19孔，排冰閘1孔，發(fā)電引水閘3孔，灌溉閘1孔，閘群呈“一字型”布置。規(guī)劃、水工、機電及金結(jié)等相關(guān)專業(yè)依據(jù)泄洪水量的要求，本著可靠經(jīng)濟的設(shè)計思路，確定最大洪水泄洪閘的開啟方式為：分批次依次開啟19孔泄洪閘，每批次同時開啟4孔。

為減小啟動電流，本工程各閘門電動機采用降壓啟動方式。由于各閘門的供電距離遠近不一，距離變壓器最近的約10m，最遠的約270m，且負荷較大，有同時啟動的要求。對于以上工程的實際要求，在進行電動機供電設(shè)計時，對多臺電動機長距離同時啟動時總進線回路脫扣器的選擇帶來一定影響。

2 總進線回路脫扣器的整定及校驗

系統(tǒng)接線圖如圖1所示。

2.1 短路電流計算

(1)變壓器的阻抗值

(2)電纜阻抗值

查詢相關(guān)資料得出每米電纜的電阻值及電抗值，進而求得電纜的阻抗值

R纜=0.204×270=55.08MΩ

X纜=0.078×270=21.06MΩ

(3)母線阻抗值

查詢相關(guān)資料得電流互感器及斷路器的阻抗值約為：

R其它=0.3MΩ

X其它=1.2MΩ

(4)饋線回路總阻抗值

R∑=4.74+55.08+0.26+0.3=60.38MΩ

X∑=14.44+21.06+2.8+1.2=39.5MΩ

=72.16MΩ

圖1 系統(tǒng)接線簡易圖

(5)如圖1所示，求得第一組電動機總進線回路末端三相短路電流為：

求得總進線回路末端兩相短路電流為：

(6)查詢相關(guān)資料可得變壓器的單相短路時正序、負序及零序阻抗值分別為：

R變正序=R變負序=5.25MΩ，R變零序=58MΩ

X變正序=X變負序=21.74MΩ，X變負序=110MΩ

(7)查詢相關(guān)資料可得電纜的單相短路時的正序、負序及零序阻抗值分別為：

R纜正序=R纜負序=0.204×270=55.08MΩ

R纜零序=0.45×270=121.5MΩ

X纜正序=X纜負序=0.105×270=28.35MΩ

X纜負序=0.18×270=48.6MΩ

(8)單相短路電流計算

2.2 脫扣器的整定

根據(jù)規(guī)范要求，斷路器過流脫扣器的整定按表1選擇。

表1 斷路器過電流脫扣器整定電流算式

注：*兩式中取大者

Iz￣—脫扣器整定電流，A；IQ—電動機啟動電流；IE—電動機額定電流

2.3 脫扣器靈敏系數(shù)校驗

圖2 調(diào)整后的系統(tǒng)接線簡易圖

3 結(jié)果分析及應(yīng)對方案

根據(jù)以上計算分析可知，單相短路及兩相短路時,脫口器的靈敏系數(shù)不能滿足要求的主要原因有:

(1)多臺電動機同時啟動的啟動電流較大，導(dǎo)致脫扣器整定值偏大。

(2)閘門的供電距離較遠，電纜回路總的阻抗值較大，使得短路電流值衰減的較多。

應(yīng)對方案：要想使脫扣器的靈敏系數(shù)增大，只有增大短路電流值或者減小脫扣器的整定值的辦法。

方案一：增大短路電流可采取增加電纜截面的辦法，但截面過大則可能導(dǎo)致電纜無法選擇，若采用多根并聯(lián)則會增加相應(yīng)回路及其電氣設(shè)備，導(dǎo)致成本增加，而且不利于電纜的敷設(shè)，反而帶來新的問題。

方案二：減小脫扣器的整定值可通過改變電動機的啟動方式來實現(xiàn)，由串電阻降壓啟動改為變頻啟動，變頻器可以依據(jù)實際需要，對啟動電流進行設(shè)置，效果最好，但由于本工程閘門負荷數(shù)量較多，直接投資成本過高，所以不推薦。

方案三：減小脫扣器的整定值可通過改變電動機的接線方式，增加供電回路數(shù)，減少單個回路上電動機的數(shù)量，經(jīng)過計算，這種方式使得脫扣器的整定值明顯減小，由于減小了電纜截面，導(dǎo)致短路電流值也在減小，但其比值(靈敏系數(shù))卻在增加，通過合理的選擇導(dǎo)線截面及回路數(shù)，即可滿足要求。調(diào)整后接線方式詳如圖2所示。

根據(jù)圖2接線方式，重新計算后得：短路點三相短路電流值為2.26kA；兩相短路值為1.96kA；單相短路值為1.2kA；脫扣器的整定值為0.8kA。

4 結(jié)論

根據(jù)以上分析可知，多臺電動機長距離同時啟動時，電動機總進線回路脫口器靈敏系數(shù)往往較低，不能滿足要求，提高脫扣器的靈敏系數(shù)成為合理選擇脫扣器的關(guān)鍵。本文結(jié)合問題，本著經(jīng)濟合理、接線清晰的設(shè)計原則，著重分析了各種應(yīng)對方案的可行性，提出了經(jīng)濟合理的解決方案。

不足之處在于，該方案使得電動機總進線回路數(shù)增加了1倍，給電纜敷設(shè)增加了難度；采用降壓啟動時啟動電流較大是導(dǎo)致脫扣器靈敏系數(shù)偏小的主要原因之一，如果有條件，可選擇變頻器啟動方式。