【摘要】本文从理论上对水利排灌站电动机低电压运行的危害进行了分析，并在此基础上探讨了相关处理措施。

　　【关键词】水利排灌站；电动机；低电压运行；危害；措施

　　在水利排灌站中，一般都采用电动机拖动水泵，而电动机类型多为三相异步电动机。与同步电动机相比，异步电动机具有结构简单、价格低廉、可靠耐用的特点，但也存在功率因数较低、启动电流大及对电网干扰较强的缺点，尤其是在用电高峰期间，电网电压偏低，一些排灌站电动机因为电压太低而无法启动，或者跳闸。电压过低，带不起负荷，容易出现过载过热现象，缩短电动机使用寿命，因此对于低电压运行产生的危害应引起足够的重视，并采取有效措施加以解决。

　　1、电动机低电压运行的危害分析

　　1.1电动机最大转矩与启动转矩降低，过载能力和启动能力均会下降

　　根据三相异步电动机的运行原理及电力拖动规律，其最大电磁转矩[1]如下：

　　（1）

　　三相异步电动机的启动转矩如下：

　　（2）

　　三相异步电动机的临界转差率如下：

　　（3）

　　式（1）～（3）中，Tm与Tst分别为电动机最大电磁转矩和启动转矩；Sm为临界转差率；m1为定子绕组相数，对三相电动机m1=3；P为电动机极对数；U1为电源电压；1为电源频率，一般1=50Hz；r1为定子绕组电阻；1是定子绕组漏电抗；为折算为等效电路的转子漏电抗，分别为转子的电动势变比、电流变比和折算前的漏阻抗；是折算后的转子电阻，为折算前的转子电阻；±中的+为电动状态，-为发电状态。

　　由式（1）、（2）可知，最大转矩Tm和启动转矩Tst均与成正比，由式（3）可见临界转差率Sm与U1无关，故同步转速n1也与U1无关。

　　1.2电动机电流增加，长期过载将导致电动机烧毁

　　由图1可知，三相异步电动机降压瞬间，对应工作点将由A点转移到B点，但B点是不稳定的，因为TB（4）

　　式（4）中，PM为转子的电磁功率；Ω1为转子的机械角速度；为转子电流；n1为转子同步转速。由于电压下降后，转差率S增加了，为了维持TC=TL，必然也要随之增加，定子相电流I1也增大。此时若不卸载，电动机电流大于额定值，长期运行就会因为发热而烧毁。

　　以上是按恒转矩负载进行分析的，而排灌站的主要设备是水泵，其泵型一般为叶片式泵，即离心泵、轴流泵和混流泵等，这些泵的转矩特性为平方关系，即机械特性比较软，例如转速下降至额定转速的90%，负载转矩大约下降至额定转矩的80%。所以，相对于恒转矩负载，耐受电压下降的能力更强一些，但是转速下降，水泵扬程下降、流量减少、效率降低，并且电动机拖动水泵的转速下降幅度不大，负载转矩也变化不大，因此电动机开始满载或接近满载时电压的降低还是会造成严重的过电流现象[2]。

　　2、解决电动机低电压运行的措施

　　2.1提高电源质量。为了从根本上解决排灌站电动机低电压运行的问题，应积极联系供电部门并寻求支持，对供电电源进行改造增容，有条件的采用双电源供电，并确保新电源直接由变电站引入，实现排灌电动机专线专用。如果电源电压保持在10×（1±5%）kV范围内，则对水泵的启动运行会改善很多。另外，还应设法减少线路压降，缩短电动机到变压器之间的距离，或者改换较大的线径，减少线路损耗。

　　2.2改进启动方式。电动机的启动方式主要包括直接启动、降压启动、软启动和变频启动等方式。由于三相鼠笼异步电动机启动电流可达到额定电流的4～7倍，启动转矩约为额定转矩的1.2～2倍，因此对电网冲击较大，除非变压器负载率不超过30%，否则不宜采用。传统的降压启动方式，如Y-△启动、延边三角降压启动、电阻降压启动、电抗器降压启动、自耦变压器启动等方式，在启动时仍然存在一定的冲击，不够平滑。软启动是一种电子控制降压启动方式，启动电流小、平滑，对电网冲击小，而且费用方面也不比传统降压启动方式高出很多。变频启动方式比其他启动方式优势更突出，可以在限制启动电流不超过额定电流条件下，获得较大的启动转矩[3]，而且节能效果优越，但投资较高。

　　2.3加强无功补偿。根据异步电动机的特点，通过补偿无功功率，提高功率因数，有利于减少电压损失。补偿方式一般是在电动机或者变压器低压侧并联电容进行补偿。无功补偿装置已经历多代，早期产品不能实现连续可控，容易出现过补偿或欠补偿的问题，新一代产品克服了这个缺点，可实现连续可控、自动跟踪功能，而且损耗较低，维护量小，不足之处是价格较高。

　　2.4优化负荷分配。应通过合理分配负荷，避免电动机端电压低于额定电压的5%，可采取的措施包括：（1）降低水泵负荷，例如调节叶片安装角度以减少负载或通过调整传动比进行降速；（2）为电动机配置变频器，并根据实际负荷需要调整水泵转速（通过改变供电频率）；（3）对新建排灌站适当配大一些功率的电动机，如将功率储备系数适当增加。

　　2.5完善保护装置。应为所有水泵电动机配置低电压保护和过电流保护装置，如安装欠压脱扣器和热继电器等保护装置。欠压脱扣器可以在电源电压低于额定电压的75%时，脱扣并切断电源，热继电器可以在电流过载20%及20min内切断电源。

　　2.6错峰运行，加强维护。可以错开用电高峰，例如利用夜晚用电低谷进行排灌作业，或者在排灌区与其他工矿企业进行协调，避免同时开工影响电网电压。另外，应加强对水泵、电动机的维护保养和润滑工作，及时修复故障，在减少机械损耗的同时也提高了设备运转效率。

　　3、结语

　　水利排灌站电动机长期低电压运行的危害十分明显，不仅缩短电动机使用寿命，而且频繁跳闸也严重影响排涝防汛任务的完成，所以应该从组织、管理和技术方面多管齐下，采取积极有效措施加以整改和完善，以保障排灌站运行的可靠性和稳定性。

　　参考文献

　　[1]赵君有，张爱军，王东瑞.电机与拖动基础[M].北京：中国水利水电出版社，2007.

　　[2]许渊.电力排灌站电动机低电压运行的状况分析及解决办法[J].中国科技信息，2012（8）：130.

　　[3]刘澜文，邹颖博.大中型泵站电动机启动及无功补偿装置的选择[J].水利水电工程设计，2012，31（1）：25-26.

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