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乳化液泵站测试系统的电力配电柜系统设计及应用

2024-11-04 98 上传者：管理员

摘要：近年来，随着集成供液产业技术的快速发展，现有泵站测试系统的电力配电柜系统在电压、功率、启动方式等方面已不能满足测试需要。为有力支撑集成供液产业的发展，通过对乳化液泵站测试系统的电力需求分析，设计了合理的电力配电柜系统，并阐述了配电柜的组成、功能和特点。该系统可提高乳化液泵站测试系统的运行稳定性、安全性和效率。经现场调试验收，该系统达到了预期效果。

关键词：
乳化液泵站
测试系统
煤炭开采技术
电力配电柜
综采工作
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随着我国煤炭开采技术和装备水平的不断提升，作为综采工作面液力系统的“心脏”，泵站技术也有了长足进步，压力从31.5 MPa提高到了40 MPa甚至45 MPa，电压从660 V提高到1 140 V甚至3 300 V，单泵功率也从200 kW提高到1 000 kW及以上。现有测试系统制约了集成供液产业发展，其电力配电柜系统作为测试系统中的重要组成部分，负责为测试系统提供稳定、可靠的电力供应。因此，设计一种适用于乳化液泵站生产和研发的电力配电柜系统对于集成供液产业发展至关重要。

1、乳化液泵站测试系统电力需求分析

乳化液泵站测试系统的电力需求涉及北京天玛智控科技股份有限公司（以下简称本公司）产品及测试标准规范性要求，具有多样性。首先，要满足本公司主流乳化液泵站产品测试要求，电力配电柜系统电压包括380 V、1 140 V、3 300 V等多个等级，功率从132 kW到2 000 kW全覆盖，控制方式包括软启动、变频启动、直启动等；其次，按照煤炭行业标准MT/T 188.2—2000《煤矿用乳化液泵站乳化液泵》的出厂试验、型式试验中空载运转试验、负载运转试验、超载试验、耐久试验、冲击试验等要求进行电力配电柜系统设计；再次，针对原来电力系统的缺点对方案进行优化设计，保证整个电力配电柜系统方案的可实施性；最后，还需要考虑电力供应的可靠性和可扩展性，以满足未来测试系统升级和扩展的需求。

2、电力配电柜系统设计

2.1 系统组成

电力配电柜系统主要由进线柜、出线柜、变频柜、软启动柜、电容补偿柜等组成。进线柜负责接收外部电力供应，出线柜将电力分配给各待测试乳化液泵站，变频柜和软启动柜决定以何种方式启动乳化液泵站，电容补偿柜用于提高电力系统的功率因数。

2.2 元器件选型

电力配电柜系统具备电力分配、保护、监测和控制等功能。通过合理的电路设计和元器件选型，实现对测试系统各设备的电力供应和保护。同时，配备监测装置，实时监测电力配电柜系统的运行状态。

(1）变压器

变压器分为油浸式变压器、气体绝缘变压器、干式变压器等，其主要作用包括电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压等。其选型应考虑以下多个因素：①负载类型泵站负载主要为电动机，主要考虑其功率大小；②容量根据实际可测试泵站的最大功率需求来计算，兼顾考虑未来负载的扩容；③环境因素包括海拔高度、温度、湿度等；④安全因素包括绝缘等级、短路能力和防火、安全要求，能够保证满足泵站测试系统的需求和运行环境，也是保障电力配电柜系统安全运行的关键。

(2）高压断路器

高压断路器按其采用的灭弧介质分类，主要有油断路器、六氟化硫（SF）断路器和真空断路器等。其作用是正常时承载、切断和接通负荷电流，短路故障时通过保护装置的作用切断电路。其选型应考虑以下多种性能：①额定电压为工作时所能承受的电压，由绝缘水平决定；②额定电流为长期通过的最大工作电流，由导电部分的截面和材料决定；③额定开断电流为额定电压下能切除的最大电流，表征断路器的灭弧能力；④动稳定电流在短路电流作用下承受电动力的能力，由导电及绝缘等部分的机械强度决定；⑤热稳定电流在规定时间内允许通过的最大短路电流，表征承受短路电流热效应的能力。除此之外，还应考虑具有可频繁操作性，灭弧装置可靠、操作方便、保护功能齐全，以便更好地保护电力配电柜的运行安全稳定。

(3）互感器

互感器又称仪用变压器，可分为电压互感器和电流互感器两大类。其主要作用为扩大交流电工仪表的量程和隔离高电压、大电流使之变成保护装置的信号。在选型时均需要遵守以下原则：①10 kV及以下的配电系统中应选择环氧树脂浇注式全封闭的互感器；②电流互感器根据被测电流的大小选择电流比，电压互感器根据被测电压的大小选择电压比；③根据负载的电压等级、功率大小选择互感器的额定容量；④根据变压器的额定容量选择互感器准确级；⑤电流互感器还需要考虑其额定电压、额定电流，电压互感器还需考虑其绝缘水平。

(4）软启动器

软启动器也称可控硅电动机软启动器，跟据电压可以分为高压软启动器和低压软启动器。它是一种集电动机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的电动机控制装置，在选型时需要考虑以下性能：①负载电动机的额定电压、额定电流；②负载电动机是否需要带载启停；③负载的连续性（工作制）和启停频率；④环境因素对设备容量的影响，如湿度、温度、海拔、灰尘等客观因素。软启动器应具有计算机数字控制功能，可根据电动机负载的特性来调节启动过程中的参数，如限流值、起动时间等，从而使得各种负载达到最佳。

(5）变频器

变频器按控制方式分类，有U/f=C控制、矢量控制、直接转矩控制等。它是一种通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。在选型时需考虑以下性能：①变频器电源的电压及波动，频率波动；②变频器的功率应与电动机功率相当；③变频器的容量需要考虑用于多种不同电动机时的启动电流；④变频器要与环境条件相适应，考虑温度、湿度等因素；⑤变频器的转矩模式；⑥电磁兼容性；⑦电机的极数。变频器还有很多保护功能，如过流、过压、过载保护等。

(6）接触器

接触器按灭弧介质的性质可分为空气式接触器、油浸式接触器和真空接触器。其主要作用是通过控制电路实现主电路负载的通断。在选型时需要考虑的主要性能与条件：①额定电流接触器的额定电流应大于负载的最大持续工作电流；②额定电压、频率接触器绝缘水平应能承受过电压；③动稳定、热稳定性能应满足短路条件下的工况；④环境条件如温度、湿度、海拔等；⑤可靠性具备频繁操作的高可靠性。

(7）电缆

电缆是一种电能的传输装置，按照不同用途分为电力电缆、信号电缆、矿用电缆、护套电缆等。在选型时应遵守以下原则：①电缆材质应选用铜导体，以保证负荷导体的高可靠性；②电缆的额定电压不得低于工作时的线电压；③电缆的额定电流应满足最大长期负荷电流；④电缆敷设应考虑受力情况，桥架内因有落差宜选用铠装电缆，电机连接处因经常挪动宜选用橡胶电缆；⑤还应考虑温度、湿度等环境因素。

3、电力配电柜系统的应用

该泵站测试系统设计了7个测试工位和1个泵站联调区域。为制定有针对性的、科学的方案，设计前根据厂区供电情况，对本公司未来10 a内的电力负荷进行预测，综合考虑电网技术、节能等诸多要求，保证资源综合利用率，提供安全稳定的生产电力。结合公司泵站产品的电压等级、电机功率等实际应用情况进行如下设计：

(1)380 V设计1个测试工位，选用1台10 kV/0.4 k V-630 k V·A变压器。配置软启动器及变频器，可实现500 kW及以下功率泵站的测试。

(2)1 140 V设计2个测试工位，选用1台10 kV/1.14 kV-2 000 kV·A变压器。一个测试工位配置变频器，可实现500～1 000 kW功率泵站的测试；另一个测试工位配置软启动器及变频器，可实现500 kW及以下功率泵站的测试。

(3)3 300 V设计3个测试工位，选用1台10 kV/3.3 k V-4 000 kV·A变压器。2个测试工位配置变频器，分别实现500～1 000 kW、1 000～2 000 kW功率泵站的测试；另一个测试工位配置软启动器及变频器，可实现500 kW及以下功率泵站的测试。

(4)6 000 V设计1个测试工位，选用1台10 kV/6 kV-3 150 kV·A变压器。配置变频器，可实现1 250～2 500 k W功率泵站的测试。

(5）以上4种电压等级的设备可以切换至联调区域，具备同等测试能力。但需要注意测试工位和联调区域存在机械互锁，以保证使用安全。

(6）每个测试工位预留3个对应电压等级的15 kW辅助回路，用于风冷电机、润滑油泵等。配置变频器的测试工位预留直供电功能，以方便变频一体机的测试。

电力配电柜系统外形如图1所示。

图1 电力配电柜系统外形图

电力配电柜系统在乳化液泵站测试系统中发挥着重要作用。首先，它为测试系统提供了稳定、可靠的电力供应，确保了测试过程的顺利进行；其次，通过智能监测装置，实时掌握电力系统的运行状态，可有效预防故障的发生。该电力配电柜系统已成功应用于多个乳化液泵站测试系统中。通过对比分析发现，使用该系统后测试系统的运行稳定性得到了显著提高，故障率明显降低。同时，由于该系统具有高度的可扩展性，为未来测试系统的升级和扩展提供了有力支持。

4、结语

本文通过对乳化液泵站测试系统的电力配电柜系统的设计及应用，提出了一种合理的电力配电方案。该方案能够满足测试系统的电力需求，提高系统的运行稳定性、安全性和效率。在实际应用中，该系统已取得了良好的效果，为乳化液泵站测试系统的正常运行、提高产品质量、改进产品设计提供了有力保障。

未来，随着乳化液泵站测试系统的不断发展和升级，电力配电柜系统也需持续优化和完善。将继续关注该领域的技术动态和市场需求，为乳化液站测试系统提供更加先进、可靠的电力配电解决方案。

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