沙灣水電站變頻泵技改淺析

劉 恒

(四川圣達水電開發有限公司，四川樂山 614900)

1 沙灣水電站消防水系統

消防供水系統的正常運行是保證水電站消防安全的最后一道防線，事關人身、機電設備和財產安全。與消防水系統管網相連接的各種消防泵，特別是變頻泵是消防水系統的核心和重要設備;而引起變頻泵故障的原因包含水泵機械故障、電機電氣故障以及水泵和電機協聯故障等。

沙灣水電站消防水系統由遍布全廠的消防管網、消防清水池、消防水箱、3臺消防泵、2臺消防水箱供水泵和2臺變頻泵組成。消防水來自前池(高程為420m的取水口)，經兩臺全自動濾水器過濾后向消防清水池注水。消防水箱供水泵、變頻泵和消防泵并列設置。正常情況下，2臺消防水箱供水泵將水從消防清水池抽至壩頂的消防水箱，作為備用消防水;2臺變頻泵向消防管網供水以保證消防水系統壓力正常運行。消防水經全廠消防管網供給全廠各層的消防栓、機組及主變雨淋閥、油庫、機組主軸密封和生活用水等，形成消防水系統環網。

3臺消防泵和隔膜式氣壓供水罐接于消防水系統環網。隔膜式氣壓供水罐接入0．7MPa的低壓氣，以調節消防水系統的壓力。當電站廠房內發生火災、消防聯動控制器動作時，啟動消防泵，向消防水系統環網加壓供水，確保系統水壓和用水量滿足消防安全要求。

2 變頻泵存在的問題

變頻泵及電機參數:變頻泵電機型號為YVF160M2-2，功率15kW，絕 緣 等 級 F，轉 速2900r/min，額定電流29A，額定電壓380V。變頻泵型號為 XBD8．5/5．7-65-315，揚程 85m，吸程7m，流量5．7L/s，效率36%，配用功率15 kW。

2臺變頻泵正常運行時一主一備輪換運行，電機的冷卻風機正常且通風良好。在運行過程中發現2臺變頻泵電機本體溫度偏高，約為78℃。電機對地絕緣電阻最小值為520MΩ，符合電機正常運行要求。變頻泵工頻運行時電機最高電流為37．8A，最低為 33．8A，其額定電流為29A;但變頻泵工頻運行時的實際電流超出額定電流8．8 A。檢查變頻泵及電機軸承完好，擺度值符合技術規程規定，在更改變頻器頻率設定值的情況下，變頻器控制系統經常出現頻率設定值漂移現象，不能滿足變頻泵安全運行要求。因此，需對其進行技改。

3 消防變頻泵的技改方案

根據變頻泵工頻運行時的實測電流，計算得到在工頻運行時的實際功率為19kW，超過了變頻泵的額定功率。由此可見，沙灣水電站變頻泵工頻運行時，電機本體溫度偏高是由于電機過負荷引起的。根據水泵切割拋物線原理，對變頻泵葉輪進行了適量切割，在滿足供水壓力的前提下，可通過降低變頻泵的揚程和減小泵的出流量的方式以滿足工頻運行時電機按額定電流運行。

將變頻泵的額定功率P'作為變頻泵葉輪切割后的功率，工頻運行時電機過最大電流時的功率P作為切割前的功率。根據水泵切割定律［1］，切割后變頻泵葉輪直徑為D'2，計算過程為:

根據水泵切割定律計算變頻泵切割后的揚程H'和流量qv。計算過程如下:

經計算得到變頻泵輪葉切割后的直徑D'2為291mm。變頻泵葉輪切割量的多少受制于比轉速ns的大小，比轉速和切割量必須滿足切割定律的限制條件。切割量大，則不能保證變頻泵切割前后的過流面積和葉片安放角，這將不能滿足工程需要，同時也不滿足切割定律的條件。計算得到切割后的變頻泵葉輪尺寸是否滿足葉片安放角和過流面積還需驗證。變頻泵切割后的比轉速ns計算如下:

切割量△D和切割比K計算如下:

根據切割定律關于切割水泵葉輪外徑的最大允許切割比K與比轉速ns的關系，即比轉速ns＜60r/min，葉輪切割比K不大于0．2才能滿足切割定律的要求［1］，沙灣水電站消防變頻泵切割后的比轉速ns為31r/min，切割比K為0．076。對變頻泵葉輪進行切割后不改變葉片安放角，過流面積達到要求，滿足切割條件。

綜上所述，由計算得到的切割后的變頻泵葉輪直徑為291mm，采用只切割變頻泵葉輪葉片而不切割葉輪前后蓋板的這種新型的切割技術，對沙灣水電站消防變頻泵進行現場打磨葉片［2］處理，回裝調試運行的各項技術參數為:變頻泵的功率為15kW，效率為38%，揚程為72m，流量為5．26L/s。研究表明:低比轉速水泵葉輪小幅度切割后效率反而增加［2］。實際運行校核結果表明:此舉可保證變頻泵葉輪切割前后效率基本不變，滿足變頻泵供水運行的設計要求。

4 結語

對沙灣水電站消防變頻泵輪葉葉片切割24 mm進行技改處理，可以保證變頻泵葉片安放角基本不變，僅變頻泵的揚程降低了15%，出口流量降低了7．7%，但仍能保證水泵的出力和效率，且變頻泵工頻運行時電機不過載，從而極大地改善了變頻泵的運行條件，確保了電站消防水系統的安全運行。

［1］ 張克危．流體機械原理(上冊)［M］．北京:機械工業出版社，2000．

［2］ 劉亮．葉輪出口參數對離心泵性能的影響［J］．長沙電力學院學報(自然科學版)，1995，10(4):426-429．