大峡水电站排水动力系统检修技术改造

2013-02-14陈一搏

通信电源技术 2013年3期

陈一搏

（甘肃小三峡公司大峡水电站，甘肃白银730900）

大峡电站检修排水系统自1995年投运以来，故障频繁，维修工作量较大，尤其是电机起动方式，无法很好地满足电站运行要求。为了改变目前检修排水动力系统存在的问题，决定对检修排水动力系统及电机启动方式进行技术改造。

1 原检修排水系统动力及电机启动方式配置

大峡电站检修排水动力系统由两面0．4kV进线配电柜、五面0．4kV馈电柜、三台电机、频敏变阻器、电动阀、控制系统7部分组成；电机型号参数为：JR126－4绕线电机，功率：225kW，转速：1470r／min，额定电流405A，转子额定电流478A，转子电压296V，转子飞轮力矩37GD2，功率因数0．902，接法Δ，制造厂家：江西电机厂，启动方式采用频敏变阻器降压启动。

2 改造前检修排水动力系统及电机启动方式存在的问题

大峡水电站机组检修排水动力系统，由于安装环境湿度大、通风较差、运行时间长、设备老化、直接影响电站机组的正常检修，主要存在如下问题：

（1）盘柜防护等级不符合要求，检修排水泵房环境湿度大、通风较差，盘柜体锈蚀比较严重。

（2）主要负荷电气设备故障率较高，时常会出现接触器、断路器触头烧损现象。

（3）盘柜两路进线断路器是比较陈旧的电气设备，此类断路器除备件缺失外，断路器本身存在诸多问题，多次发生故障时不能保护跳闸；严重影响设备的正常运行。

（4）盘柜内其它负荷刀熔开关触头和接线端子锈蚀严重。

（5）盘柜电源进线接线不规范，母线端部存在电缆机械扭力，相间距不符合标准。

（6）检修排水系统的电机为绕线式电机，采用频敏变阻器降压启动，启动电流大，经常发生接触器、热继电器、敏电阻器、碳刷和滑环等设备烧坏故障，影响检修排水泵的正常运行；电机保护单一，定、转子回路仅靠开关和热偶保护，无法满足电机要求。

3 设备改造前期准备

针对大峡电站检修排水动力系统及电机启动方式存在的问题，技术人员有针对性的进行了市场调研；目前，动力盘柜技术成熟，选用防护等级高，质量良好的电器元件，盘柜加装温湿度控制装置，完全可以满足现场需求；重点对绕线式电机启动方式是否满足现场需求，进行详细调研。

经了解，国内现在流行的绕线式电机主要起动方式有以下几种：

（1）频敏变阻起动柜起动。目前大峡检修排水系统故障较多，这种起动不适合现场实际情况，在此不做阐述。

（2）无刷无环起动器。它是频敏变阻起动的变形产品：无刷无环起动器是将频敏变阻器直接安装在电机转子上，实现电机无刷运行。无刷无环起动器存在两方面不足：a．起动电流一经出厂，就无法调整。b．电机正常运行时，频敏变阻器不短接，会产生一定的功率损耗；不符合节能要求，也不适合现场实际情况。

（3）绕线式异步电机串电阻多级起动柜起动。它是将电机转子电流引入起动柜内，通过时间、电流或凸轮控制器改变电阻的大小，达到增加电机起动转矩、减少起动电流的目的。它的最大优点是：由于串入转子回路是纯电阻，功率因数高，起动比接近1。但起动控制装置复杂，且起动过程中需频繁切换起动电阻，造成多次冲击电流。因此，它只用在对起动转矩要求特高的起重机、轧钢机等设备上，不适合本现场实际情况。

（4）绕线式异步电动机液态电阻起动柜起动。它是将液体电阻串入电机的转子回路，通过伺服电机改变极板的距离，从而改变液体电阻的大小，达到无级连续调整电机起动转矩和起动电流的目的。它与凸轮控制器改变电阻相比，最大的优点是：a．无级连续调整电机电流；b．可以通过改变电解液的浓度，方便地改变起动电阻的大小，达到改变起动电机电流的目的。缺点是：a．常见的绕线式异步电动机液态电阻起动柜，没有考虑液体电阻对极板及其传动设备的腐蚀作用；b．没有考虑装置的密封和防爆、没有考虑环境温度对起动装置的影响，造成寿命低；c．电机起动过程完全由伺服电机控制，不能自动适应电机的起动过程；d．应用范围小，不能安装在有振动的地方（如行车上）和北方的室外；e．体积大、运行维护工作量大、造价高等缺点。

（5）无刷自控电机软起动器起动。它是结合了无刷无环起动器和液态电阻起动柜的优点而设计的。它的控制原理与绕线电机液态电阻起动柜相当，所不同的是，将起动电阻直接安装在电动机的转轴上，利用电机旋转时产生的离心力作为动力，控制起动电阻的大小，达到减少电机起动电流、增加起动转矩，使绕线式异步电动机实现无刷自控运行的装置。它的优点是维修量小，成本低；缺点是必须对原有电机进行改造。

根据几种启动方式对比以及对各种启动方式应用的实际调研等综合考虑，无刷自控电机软起动器设备具有现场改造方便，能够克服电机起动电流大和环境潮湿等因素的影响，同时减少了检修人员的维修量，运行可靠等优点，故大峡检修排水泵电机启动方式选用无刷自控电机软起动器。

4 设备改造构想

为了解决以上检修排水电机起动方式及动力系统存在的诸多问题，针对大峡电站实际情况，制定如下技改方案：

（1）动力柜设两面0．4kV进线柜、三面软启动柜、二面馈电柜，控制柜一面，其安装在保持原设计的基础上，选用密封性能良好的动力柜，盘柜内装设加热装置、除潮装置，保证柜体内温、湿度达到电器元件所要求的范围；电器元件选用性能优良产品；两路进线断路器选用具有三段保护功能的断路器，两路电源具有可切换功能；同时对母线采取抗氧化措施。

（2）电机启动回路：

a．绕线电机的定子回路采用启动器。

b．绕线电机的转子回路采用无刷自控电机启动器。

c．去除原电机的碳刷、滑环、去除原启动回路中的频敏变阻器。

（3）增加电机防潮加热器，避免因现场湿度大，电机绝缘受潮现象。

（4）增加检修排水泵房通风装置，改善现场环境。

5 设备改造设计要求

为了解决大峡原动力系统存在的问题，从设计上对动力盘、电机启动控制、保护等方面实现如下功能：

（1）将两路0．4kV 进线柜（额定电流1600A），增加互锁功能，并将进线柜的工作状态实时提供给全厂计算机监控系统。

（2）系统设有现场控制和远方控制方式。现场控制包括有自动控制和手动控制；远方控制是由机组LCU直接发出启泵和停泵信号。

（3）所有顺控流程及延时定值，均通过PLC程序完成。

（4）0．4kV进线柜、馈电柜和软启动柜控制面板设有运行指示灯，实时提供电源系统的设备工况。

（5）检修排水电机定子回路采用软启动方式，对电机保护更加完善。

6 设备改造选型

根据大峡电站检修排水系统现场环境实际情况和电机启动要求，对动力盘柜体和主要电器元件进行重点选型，以满足设备安全、可靠运行。

（1）柜体：采用ABB公司MNS系列产品，母线连接采用贯穿形式。

（2）两面0．4kV 进线柜（额定电流1600A），开关型号：N性能水平－抽出部分E2N1600R1600 PR121／P－LSI WMP NST N。

（3）3台电机定子软启动器柜，定子软启动器采用型号：ATS48C48Q。

（4）三台电机转子软起动器采用型号及参数：WRZ225kW 额定频率：50Hz，额定电压：380V；配用电机功率：225kW；启动力矩倍数：1．6 Me≤M≤2．0 Me；启动电流倍数：3．0 Ie≤I≤3．5 Ie；启动时间：8s≤T≤15s（FONT）。

（5）两面0．4kV负荷柜采用 MNS2．0抽出式开关柜。

7 改造后效果

2009年9～10月，对大峡检修排水动力及电机启动方式进行技术改造。

经过技术改造，检修排水系统增设通风装置，使工作环境有了很大改观，同时增加加热装置，使动力盘、电机防潮问题得到彻底解决；尤其是电机起动方式上，采用WZR无刷自控软启动器，去掉电机滑环、碳刷、刷盒、短路环等复杂的起动系统，不但可以直接平滑软起动，而且还保持了绕线式电机的优良性能，同时在负载时具有稳速功能；彻底解决了原频敏起动时电流冲击及电磁噪声，保证了检修排水泵的安全可靠运行。

此次电机启动回路采用WZR型无刷自控电机软起动器，克服了定子控制式电机软启动器的起动转矩与起动电流的平方成正比（电机起动电流从7 Ie降到3．5 Ie，启动转矩1．6 Me降为0．4 Me）这一缺陷。WZR无刷自控电机软启动电流在降低电机软起动电流的同时，增加电机起动转矩（电机起动电流从7 Ie降到1．7 Ie，起动转矩仍为1．6 Me），并能以最大转矩（2．5 Me）起动电机。它由电阻（水电阻）起动装置（电阻起动装置于频敏变阻器起动装置相比，在同等起动电流的情况下，起动转矩能提高1．5倍）发展而来，具有：

（1）彻底根除使用滑环、碳刷时各种故障隐患。

（2）节省安装空间，减少起动装置的功率消耗，节约了电能。

（3）电机采用软启方式，为电机更换创造了更多选择余地。