膠東調(diào)水工程高疃泵站調(diào)速機組的應(yīng)用

趙立賓

摘 要：本文以膠東調(diào)水工程高疃泵站調(diào)速機組為例，對內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速的原理、特點及實際應(yīng)用情況進行了詳細的闡述，為類似工程提供相關(guān)經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：膠東調(diào)水；高疃；調(diào)速機組；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.095

膠東調(diào)水工程自黃河打漁張引取黃河水，途徑15個縣市區(qū)，輸送至米山水庫，新建輸水線路309.5公里，其中輸水管道、輸水暗渠及隧洞長度約149.1公里。管道段自黃水河泵站起，主要有4座泵站、5座隧洞、2段暗渠及輸水管道等工程，高疃泵站為輸水管道的第3級泵站。

1 高疃泵站調(diào)速機組應(yīng)用的必要性

膠東調(diào)水工程管道段具有長距離、多起伏、輸水壓力大、多級有壓重力和加壓組合輸水方式等特點，管道工程較明渠對輸水規(guī)模變化的調(diào)節(jié)能量差，小流量、重力流成為工程運行的常態(tài)。高疃泵站位于輸水管道段的第3級泵站。在泵站出口至下級泵站泵站中間均為高低起伏的有壓管道，管道最高點處設(shè)無壓水池。為確保無壓水池的水位保持平衡，必需對高疃泵站進行精確流量調(diào)整，因此調(diào)速電機對泵站運行是至關(guān)重要的。同時考慮到膠東調(diào)水工程供水城市較多，各市區(qū)間流量分配變化較大，采用調(diào)速機組可滿足各種流量工況運行。

2 調(diào)速機組的選擇

目前較為成熟的異步電機調(diào)速方式有電磁調(diào)速、液力偶合器調(diào)速、液態(tài)電阻調(diào)速、變極調(diào)速、變頻調(diào)速和內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速等，高疃泵站采用的調(diào)速裝置為內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速。

2.1 內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速的原理

高疃泵站調(diào)速系統(tǒng)采用內(nèi)反饋三相異步電動機，將電機轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟妷海?dāng)斬波器導(dǎo)通時轉(zhuǎn)子電流被斬波器短路，形成軸功率；當(dāng)斬波器開路時，轉(zhuǎn)子直流電流經(jīng)有源逆變器反饋到電機反饋繞組，形成轉(zhuǎn)差功率，通過改變斬波器的占空比即能改變電機轉(zhuǎn)速。

2.2 內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速的特點

高疃泵站采用的高頻斬波調(diào)速裝置是與高壓電動機配套的高效電力電子調(diào)速產(chǎn)品，該裝置中控制部分安裝了具有智能大功率IGBT模塊，采用PWM調(diào)節(jié)技術(shù)，配合固定逆變角的晶閘管（SCR）有源逆變器，從而有效提高了系統(tǒng)的功率因素并加強了可靠性，使系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)性能和調(diào)速范圍大為提高。本裝置配備的新型大屏幕觸摸屏和進口高速可編程控制器（PLC），使得操作直觀方便，參數(shù)設(shè)定靈活準(zhǔn)確，可以實現(xiàn)計算機遠程通訊。

①調(diào)速范圍寬 。高疃泵站調(diào)速機組調(diào)速范圍較寬，精度較高，能完全滿足泵站機組運行需求。

②極高的可靠性 。該裝置采用的是IGBT自關(guān)斷器件，僅需1只功率模塊組件即可完成斬波器的所有功能，排除了換流容易失敗的致命弱點，因而工作極為可靠。

③實現(xiàn)遠程通訊計算機聯(lián)網(wǎng) 。由于采用了數(shù)字化計算機控制的PLC和人機界面，可以通過RS232和RS485與上位機通信，還可以根據(jù)建立多個主從站以方便遠程操作及監(jiān)控，同時可根據(jù)工藝生產(chǎn)要求編制工藝程序并進行組態(tài)。

④功率因數(shù)Cosφ高 。系統(tǒng)采用可關(guān)斷器件IGBT來提高功率因數(shù)，可達到Cosφ0.8-0.9 。

3 調(diào)速機組的實例應(yīng)用

高疃泵站共有四臺機組，其中2臺T1700-8型1700kW同步電機，2臺YRCT710-8型調(diào)速異步電動機。泵站水泵為4臺800S73型離心泵。

3.1 主要參數(shù)

調(diào)速電機額定功率為1700kW，額定電壓10kV，額定電流123A，額定轉(zhuǎn)速750轉(zhuǎn)，調(diào)速范圍750轉(zhuǎn)-444轉(zhuǎn)。電機和調(diào)速裝置的部分參數(shù)如下：

3.2 測試數(shù)據(jù)分析

（1）電機調(diào)速裝置調(diào)速平滑，速度可調(diào)范圍廣，能滿足調(diào)水期間對水泵出水流量的要求。

（2）調(diào)速裝置精度較高，轉(zhuǎn)速調(diào)速誤差較小。

（3）電機轉(zhuǎn)速隨占空比的下降而減小，兩者基本是線性變化關(guān)系。

3.3 運行總結(jié)

高疃泵站調(diào)速裝置在調(diào)水運行期間運行可靠。調(diào)速機組可根據(jù)實際流量情況進行精確的調(diào)整，在泵站及管道不具備調(diào)節(jié)能力的情況下，較好的完成了管道流量調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)對膠東調(diào)水工程的調(diào)水運行起到了重要的作用。

3.4 運行存在問題

（1）諧振問題。調(diào)速電機在某一特定的速度期間，電機和水泵在運行時會出現(xiàn)諧振。此問題未能徹底解決，運行期間的處理辦法是調(diào)整2臺調(diào)速電機的速度，在符合流量要求的情況下，避開諧振轉(zhuǎn)速。

（2）調(diào)速運行倒流問題。在高疃泵站開機試運行過程中，電機轉(zhuǎn)速為570轉(zhuǎn)/秒（出口壓力為0.54mpa）開啟出口電動蝶閥至45°，此時管道水出現(xiàn)倒流，流量約為1757m?/小時；此后將電機調(diào)速至590轉(zhuǎn)/秒，流量計流量顯示為0；逐步將將電機調(diào)速至750轉(zhuǎn)/秒，出口壓力穩(wěn)定在0.51mpa，流量計顯示流量始終為0。水泵運行過程中出現(xiàn)較大噪聲，其余設(shè)備與管道均運行正常。

原因分析為：在開啟出口電動蝶閥時，由于水泵壓力小于管道壓力，出現(xiàn)倒流現(xiàn)象，管道內(nèi)水倒流回前池；由于泵站出口附近管道無排氣閥，管道內(nèi)存在部分氣體，在管道水倒流過程中，氣體會存積于水泵葉輪中。隨著電機轉(zhuǎn)速逐步提升，水泵出口壓力穩(wěn)定在0.51mpa，管道內(nèi)流量為0，處于一種穩(wěn)定狀態(tài)，水泵內(nèi)氣體無法排出，雖然電機轉(zhuǎn)速逐步提升，但水泵始終無法提高出口壓力。

解決方案：在開機時，要確保管道出口壓力高于管道內(nèi)水壓，由此可確保管道內(nèi)殘存氣體無法倒流回水泵內(nèi)，可杜絕此現(xiàn)象的發(fā)生。

4 結(jié)語

高疃泵站調(diào)速裝置運行后，水泵電機運行平穩(wěn)，調(diào)速性能穩(wěn)定。在調(diào)速電機低速運行期間，定子電流較低，整體溫升低，延長了電機的絕緣壽命。實踐證明，內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速具有較高的安全性、可靠性、穩(wěn)定性，為膠東調(diào)水的順利運行提供了保證。