Электропитание насосных станций и краткие сведения об электродвигателях

Насосные станции снабжаются электроэнергией, как правило, от централизованных источников электроэнергии — энергосистем через систему линий электропередач.
Степень надежности электропитания зависит от категории насосной станции. Насосные станции первого класса надежности должны снабжаться электроэнергией от двух независимых источников, каждый из которых может обеспечить 100%-ную потребность станции в электроэнергии. Для электропитания насосных станций первой и второй категорий надежности, как правило, используются две высоковольтные линии напряжением 3—10 кВ (для насосных станций с высоковольтными двигателями 3—6 кВ).
Насосные станции, потребляющие сравнительно небольшую мощность, можно снабжать электроэнергией по фидерам низкого напряжения от ближайшей трансформаторной подстанции. В насосных станциях, получающих электропитание от линий высокого напряжения, устраивают помещения для понизительных трансформаторов соответствующей мощности.

Категорию электроприемников насосных станций (для обеспечения надежности электроснабжения) определяют в соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ-76).
На насосных станциях применяют, как правило, асинхронные и синхронные электродвигатели переменного трехфазного тока. Электродвигатели трехфазного тока выпускают на стандартные напряжения 220; 380; 500; 6000 и 10000 В. Для насосных агрегатов мощностью до 200 кВт применяют так называемые низковольтные электродвигатели на напряжение 220/380 и 500 В, а для более мощных агрегатов — высоковольтные электродвигатели на напряжение 6 и 10 кВ.
Наиболее простыми и распространенными являются асинхронные двигатели. В зависимости от типов обмоток роторов различают асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором (так называемые короткозамкнутые) и с фазовым ротором. Для насосов и другого оборудования станции более других подходят короткозамкнутые асинхронные двигатели, так как их можно включать без дополнительных пусковых устройств, а пусковой момент таких двигателей позволяет вводить их в работу под нагрузкой.
Пусковой ток в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором может быть в 3—7 раз выше номинального тока. Согласно ПУЭ падение напряжения при запуске короткозамкнутых электродвигателей не должно превышать 10—15% значения номинального напряжения, поэтому очевидно, что можно применять короткозамкнутые двигатели с непосредственным включением лишь сравнительно небольшой мощности (до 100—200 кВт в зависимости от мощности подстанции).
Для уменьшения пускового тока короткозамкнутых асинхронных двигателей применяют следующие методы: а) переключение обмоток статора со «звезды» при запуске на «треугольник» при достижении нормальной частоты вращения; б) ступенчатый запуск с дополнительными сопротивлениями в цепи статора; в) запуск с использованием пусковых автотрансформаторов. Однако эти приемы требуют дополнительных устройств, что затрудняет автоматизацию и снижает преимущества асинхронных двигателей.
Синхронные электродвигатели требуют предварительного разгона ротора, для чего в их роторе имеется дополнительная корот-козамкнутая обмотка. Эта же обмотка служит для сглаживания колебаний скорости ротора и тока статора при изменении напряжения или частоты тока в сети.
Синхронные электродвигатели имеют высокий коэффициент мощности и устойчиво работают при колебаниях напряжения в сети. Поэтому, когда требуются двигатели мощностью более 250— 300 кВт, рекомендуется устанавливать синхронные электродвигатели.
Номинальная частота вращения электродвигателей зависит от числа пар полюсов обмотки статора (табл. 11.1).  

Электродвигатели по степени их защиты от воздействия внешней среды выпускают в различных исполнениях (незащищенное, защищенное, закрытое, брызгозащищенное и т. д.). Электродвигатели, устанавливаемые в помещениях, должны иметь защищенное исполнение.
В сырых помещениях следует устанавливать электродвигатели в капле- или брызгозащищенном исполнении с влагостойкой изоляцией. В заглубленных или шахтных насосных станциях в зависимости от их назначения, глубины и совершенства устройств для вентиляции помещения машинного зала применяют электродвигатели защищенного или закрытого исполнения с принудительной вентиляцией.
В тех случаях, когда на одном или нескольких агрегатах насосной станции требуется регулирование подачи и напора путем изменения частоты вращения, применяют регулируемые электроприводы. Применяя многоскоростные электродвигатели, можно осуществлять ступенчатое регулирование частоты вращения путем изменения числа включенных пар полюсов. Выпускаются двух- и четырехскоростные асинхронные двигатели мощностью до 100 кВт и высоковольтные двухскоростные двигатели большей мощности. Для привода вертикальных насосов можно использовать двигатели серии ДВДА напряжением 6 кВ, мощностью 500—1400 кВт с синхронной частотой вращения 500/300; 500/375 или 375/300 1/мин.
Для плавного регулирования частоты вращения применяют электромагнитные муфты скольжения (ЭМС), которые включают между двигателями и насосом. Изменение частоты вращения осуществляется путем изменения скольжения привода. Промышленность выпускает шесть типоразмеров электромагнитных муфт серии ИМС с частотой вращения от 1000 до 3000 1/мин. Этими муфтами можно комплектовать электроприводы мощностью до 240 кВт.
Применяют и приводы, работающие по схеме асинхронно-вентильного каскада (АВК). В АВК частоту вращения регулируют, изменяя скольжение двигателя путем введения в цепь фазового ротора добавочной ЭДС. Промышленность выпускает преобразователи серии ПАВК для использования в приводе по схеме АВК на мощность от 360 до 1440 кВт. Подготовлены к выпуску ПАВК на большие мощности.