1 引言
上海市南匯自來水公司航頭水廠由于地區經濟的發展，原有供水系統遠不能滿足城市發展的需要，必須裝備一臺800kw的水泵，以替代原有的220kw水泵。但是該廠原來的供電系統是由一臺1250kva的電力變壓器供電，遠不能承受800kw電機的直接起動。是擴大電網容量還是為電動機裝備一臺固態軟起動器？裝備固態軟起動器是否能解決問題？為解決這些問題，我們進行了詳細的分析，從而確定了采用美國benshaw公司mvrsm18-6kv固態軟起動器的改造方案，一年多的運行實踐證明該設備技術先進，運行可靠，我們的改造方案是成功的。
2 改造方案介紹
2.1 800kw水泵的起動電流
（1）電動機的特性如下:
電動機型號:ykk 800-16;
額定功率:prat=800kw;
額定電壓:urat=6kv;
額定電流:irat=109a;
額定轉速:nrat=372r/min;
nrat*=0.992;
srat=0.008;
額定轉矩:mrat=9550prat/nrat=20537.6nm;
效率:η＝0.945;
功率因數:cosφ=0.74;
堵轉電流:ist*=6.5;
堵轉轉矩:mst*=0.9;
顛覆轉矩:mm=2.5;
電機轉動慣量(估計值):gd12=388kgm2;
機組轉動慣量:gd22=517kgm2。
由此得出電機的轉矩—速度、電流—速度曲線為圖1所示:
圖 1 電機的轉矩—速度、電流—速度曲線
（2）在閥門關閉情況下水泵的轉矩—速度曲線如附表和圖2所示;
附表 在閥門關閉情況下水泵的轉矩—速度數據
圖 2 在閥門關閉情況下水泵的轉矩—速度曲線
（3）電動機起動電流
當電動機以電流斜坡起動時:初始電流240％，最大電流280％，斜坡時間為10s起動時，電動機的電流、轉矩和速度的變化示于圖3和圖4中。這個起動程序可以起動水泵，起動時間為8.7s。在最初的2.8s內，電機未能轉動起來，一直到電流達到250%額定電流以后，電機才得以加速。所以需要調整電機起動程序，使它以恒定電流260%額定電流起動，這時電動機的電流、轉矩和速度的變化示于圖5和圖6中。
由圖5和圖6可見該起動方法可以滿足水泵起動要求，電機起動時間只有5.89s，等效堵轉時間僅為0.94s，能夠滿足電機發熱要求。
圖 3 電動機的轉矩和速度的變化
圖 4 電動機的電流和速度的變化
圖 5 以恒定 260% irat 起動時轉矩和速度的變化
圖6 以恒定 260% irat 起動時電流和速度的變化
2.2 電動機起動時的電網壓降
采用標么值計算電網壓降，假設35kv母線的短路容量為∞。為了簡化計算，在圖7中給示了電動機的配電電源圖。
圖7 簡化的電動機的配電電源圖
下面用100mva作為計算的基準容量sj:
基準容量sj=100000kva，基準電壓uj=6kv
6kv電源的標準值阻抗為:
,
式中:δub1為變壓器阻抗壓降。
根據上述分析，如果用benshaw的固態軟起動器，可以用260%額定電流起動該800kw電動機，起動容量為:
sdj=2.6sd/sj=2.6×1132/100000=0.0294
它造成的電壓降為: 
。
將供電變壓器的分接開關上調5％，則可以保證6kv母線電壓在85%以上。
如果直接起動該電機，則起動容量為:
sdj’=6.5sd/sj=6.5×1132/100000=0.0735
它造成的電壓降為: 
。
如果要讓6kv系統在直接起動800kw電機時，電網壓降也保持在17.6%的水平，則需要將電網容量增加2.5倍。即供電變壓器要從原來的1250kva增加至3125kva。
3 電網擴容和采用固態軟起動器二種方案的技術經濟比較
3.1 投資比較
電網擴容需要增加1臺3150kva電力變壓器，3臺kyn型高壓開關柜，以及1臺800kw電機直接起動高壓開關柜，包括土建改造施工在內大約要超過100萬元人民幣，這當中不包括供電局需要增設輸電回路的費用。
如采用固態軟起動器方案，需要增加1臺美國benshaw公司的mvrsm18型固態軟起動器和1臺給電機供電的斷路器柜，包括施工安裝在內大約要增加52萬元人民幣，比電網擴容方式節約投資48%。
3.2 運行成本比較
二種方案的負載功率是一樣的，但配電變壓器的損耗則不一樣。
1250kva變壓器的空載損耗約為1950w，而3150kva變壓器的空載損耗約為4500w，所以采用直接起動、電網擴容方案比保持原電網采用固態軟起動器每年要多耗電:
（4.5-1.95)×24×365＝22,338kw·h
如以每kw·h電費1元計,則每年要多支付22,338元。
此外，如果電網擴容是采用新增一回路，保留原供電回路的方案，除了增加改造費用外，還要大大增加運營成本。因為國家發展和改革委員會頒發的發改價格（2003）2279號文《關于停止收取供（配）電工程貼費有關問題的通知》中第三條規定:“為了節約電力建設投入，合理配置電力資源，對申請新裝及增加用電容量的兩路及以上多回路供電（含備用電源、保安電源）用戶，在國家沒有統一出臺高可靠性電價政策前，除供電容量最大的供電回路外，對其余供電回路可適當收取高可靠性供電費用”。各地都公布了有關收費標準，上海對10kv等級供電回路，為每kva收取290元。如果這樣每月將另增加電費開支1250×290＝551,000元，每年要增加6,612,000元開支。
3.3 技術性能比較
雖然電網擴容，可以實現水泵直接起動，技術上很簡單。實際上根據我們以往運行經驗，原水泵直接起動，對水泵和管路的沖擊比較大，而且在停車時會因為水錘而導致管路系統劇烈振動。而采用美國benshaw公司的固態軟起動器，因為有轉矩控制，在停車時消除了水錘，管路系統的振動也消失了，從而減少了事故，提高了設備運行壽命。
4 結束語
根據了解，在中國各企業普遍存在電網容量過大，電網負荷率不高的問題（通常為40%～60%），其中一個原因是對電動機沒有采用先進的軟起動控制方式。
通過我們的實踐和理論分析，筆者認為一個企業由于經濟的發展，需要擴大規模增加用電設備時，不要輕易考慮擴大電網容量，而應當首先考慮采用先進的電機控制方法，例如水泵，采用帶轉矩控制的固態軟起動器，不僅節約了總的投資，節約了運行費用，還提高了技術性能。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
