內饋斬波調速裝置在黃水河泵站的應用

楊星龍，王志剛

（山東省膠東調水工程壽光管理站，山東 壽光 262700）

內饋斬波調速裝置在黃水河泵站的應用

楊星龍，王志剛

（山東省膠東調水工程壽光管理站，山東 壽光 262700）

通過調節轉速調節水泵流量，從而達到上下游泵站之間流量匹配。內饋斬波調速裝置可以在機組運行時簡單快速對電機進行調速，從而調節水泵轉速，調節水泵流量。

調速；內饋斬波調速；流量匹配

1 泵站概況

山東省膠東調水工程由原引黃濟青輸水河輸水，利用現有的宋莊、王耨兩級泵站提水，設宋莊分水閘分水；新建輸水明渠，經灰埠、東宋、辛莊3級明渠泵站輸水，新建壓力管道、隧洞、暗渠，經黃水河、溫石湯、高疃、星石泊4級加壓泵站提水至米山水庫。

黃水河泵站為山東省膠東調水工程新建7級泵站中的第4級泵站，前接明渠，后接壓力鋼管，是管道輸水段的第1級泵站。黃水河泵站裝設10臺機組，總裝機容量1.9萬kW。設計總流量12.6m3/s，設計揚程83m。其中，10kV同步電動機8臺，轉速1000轉；10kV異步電動機兩臺，轉速1000轉/min，配套上海內饋斬波調速裝置，構成調速機組，可實現無級調速，有效調節流量輸出。

泵站用電負荷等級設為2級，設35kV專用變電站1座，設一回35kV電源。電源引自龍口東江220kV變電所，35kV專用變電站裝設主變壓器3臺。1#，2#容量1.6萬kVA，3#容量500kVA；400V室裝設站用變壓器2臺，容量400kVA。

2 內饋斬波調速裝置介紹

所謂內饋斬波調速是一種將調速電機的部分轉子功率（即電轉差功率）移出來，以電能的形式反饋給電機內部的調節繞組的特殊調速方式，是轉子電磁功率控制的調速。

該調速裝置將電機轉子電壓經整流變為直流電壓，當斬波器導通時轉子電流被斬波器短路，形成軸功率；當斬波器開路時，轉子直流電流經有源逆變器反饋到電機反饋繞組，形成轉差功率，通過改變斬波器的占空比，從而調節軸功率和轉差功率的比例，即能改變電機轉速。

內饋電機高頻斬波調速系統由繞線式內饋調速電機及調速裝置組成。內饋調速電機與普通線繞電機相比，除有定子繞組及轉子繞組外，在定子槽內增添了一個反饋繞組，取代串級調速裝置中的外饋變壓器。內饋電機高頻斬波調速裝置由：軟啟動柜、進線柜、轉子整流器柜、高頻斬波柜、保護柜、晶閘管相控逆變控制柜和補償柜組成。

3 采用內饋斬波調速裝置原因

3.1 具有流量調節功能

從黃水河泵站開始是管道輸水，無調蓄能力，故須將黃水河泵站和下一級泵站機組流量進行匹配，但兩泵站水泵的揚程又差別很大，水泵選型時機組流量不能完全匹配。為了更好地減少泵站開停機次數和泵站之間的流量匹配，提高泵站運行的安全性和可靠性，泵站必須調節流量的機組，從而達到上下級泵站之間的流量匹配。

3.2 具有調節流量措施

3.2.1 出口閥門調節

利用泵出口閥門的開度來控制離心泵流量，其實質是通過改變管路特性曲線的位置來改變泵的工作點。

3.2.2 改變離心泵轉速

流量Q與轉速N的一次方成正比，壓力H與轉速N的平方成正比，功率P與轉速N的立方成正比。現在目前常用的是變頻調速和高頻斬波調速。

考慮調節流量和效率來講，改變出口閥門開度會引起水泵機組效率大大降低，所以現在最常用的是改變水泵轉速，進行流量調節。

3.3 優勢

3.3.1 價格低

與變頻調速裝置相比價格低。特別對于高壓電機或大功率電機，此裝置價格是變頻調速裝置的1/4～1/5。

3.3.2 可靠性

現在的調速裝置大多采用電力電子器件，電力電子器件多為低壓大電流的，此裝置采用低壓（一般660V以下）控制高壓（6，10kV）的方式，從而設備運行可靠；而高壓變頻調速不可避免地遭遇電力電子器件耐高壓問題，現場運行中變頻設備的故障大多為功率器件過壓擊穿所致。

3.3.3 諧波

此裝置電流畸變率小、諧波少，而且由于轉子的隔離作用一般不會反饋至電網，無污染；而變頻調速裝置的諧波高，且反饋至電網，并影響其他自動化控制系統的正常運行，必須加裝濾波裝置。

3.3.4 控制系統

此裝置在轉子側實施調速控制，其控制功率僅為電機功率的14．8%，所以控制系統的結構簡單，體積小；而高壓變頻調速裝置是在電機定子側實施控制，控制功率要大于電機功率，一般為（1．2～1．3）倍的電機功率，而且必須配套變壓器（內置或外置），所以其控制系統結構復雜，體積龐大，占地面積大。

3.3.5 裝置運行效率

此裝置的效率大于98%，而變頻調速裝置的效率小于94%。

3.3.6 節能

通過實際調查，同等工況下，此裝置比變頻調速裝置節能率平均高5%～8%。在工況允許的情況下，節能率可達40%～50%。

4 實際應用效果

在黃水河泵站機電設備選型設計階段，根據綜合考慮，泵站兩臺調節機組（5#與6#）決定采用內饋斬波調速裝置。山東省膠東調水建管局及山東水利勘測設計院經過多方考察和招標，最終采用上海科祺工業調速有限公司生產內饋斬波調速裝置。該裝置經過實際調速運行，調速平穩無抖動，流量調節效果顯著，實際調速調流達到了預期效果，2015年7月2日黃水河泵站實際運行數據如表1。

表1 黃水河泵站5#機組調速試運行記錄

5 結語

（1）膠東調水工程運行期間，黃水河泵站一般采用一臺調速機組和幾臺不能調速機組相組合的運行方式，避免了頻繁開停機組，根據下一級泵站前池水位進行轉速流量調節，完成了與下一級泵站之間的流量匹配。

（2）采用調速機組后，避免了停機時管路水錘發生次數，保證了沿途管路的安全運行，延長了管路及管路設備的使用壽命。

［1］本書編委會．鋼鐵企業電力設計手冊（上冊）［M］．北京：冶金工業出版社，1996．

［2］羅存存．內饋高頻斬波調速技術的應用研究［J］．陜西電力，2008（11）．

［3］錢中陽．斬波內饋調速裝置在市政行業的應用［J］．電氣應用，2010（12）．

（責任編輯：王艷肖）

Application of internal feedback chopper speed regulating device in Huangshui River pumping station

YANG Xing-long，WANG Zhi-gang
（Shouguang Management Station of Shandong Province Jiaodong Water Diversion Project，Shouguang 262700，China）

The internal feedback chopper speed regulating device can easily and quickly implement the speed regulating during the power unit operation.The water flow of pump is regulated by pump speed regulation，and then the mass flow match between the upstream and downstream pump station is achieved by the internal feedback chopper speed regulating device.

speed regulating；internal feedback chopper speed regulation；mass flow match

TV697

：B

：1672-9900（2017）02-0070-02

2017-03-16

楊星龍（1972-），男（漢族），山東壽光人，工程師，主要從事泵站機電設備的檢修運行及管理，（Tel）15864306840。