內(nèi)饋斬波調(diào)速裝置在黃水河泵站的應(yīng)用

楊星龍，王志剛

（山東省膠東調(diào)水工程壽光管理站，山東 壽光 262700）

內(nèi)饋斬波調(diào)速裝置在黃水河泵站的應(yīng)用

楊星龍，王志剛

（山東省膠東調(diào)水工程壽光管理站，山東 壽光 262700）

通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)水泵流量，從而達(dá)到上下游泵站之間流量匹配。內(nèi)饋斬波調(diào)速裝置可以在機(jī)組運(yùn)行時(shí)簡(jiǎn)單快速對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，從而調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水泵流量。

調(diào)速；內(nèi)饋斬波調(diào)速；流量匹配

1 泵站概況

山東省膠東調(diào)水工程由原引黃濟(jì)青輸水河輸水，利用現(xiàn)有的宋莊、王耨兩級(jí)泵站提水，設(shè)宋莊分水閘分水；新建輸水明渠，經(jīng)灰埠、東宋、辛莊3級(jí)明渠泵站輸水，新建壓力管道、隧洞、暗渠，經(jīng)黃水河、溫石湯、高疃、星石泊4級(jí)加壓泵站提水至米山水庫(kù)。

黃水河泵站為山東省膠東調(diào)水工程新建7級(jí)泵站中的第4級(jí)泵站，前接明渠，后接壓力鋼管，是管道輸水段的第1級(jí)泵站。黃水河泵站裝設(shè)10臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量1.9萬(wàn)kW。設(shè)計(jì)總流量12.6m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程83m。其中，10kV同步電動(dòng)機(jī)8臺(tái)，轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)；10kV異步電動(dòng)機(jī)兩臺(tái)，轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/min，配套上海內(nèi)饋斬波調(diào)速裝置，構(gòu)成調(diào)速機(jī)組，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，有效調(diào)節(jié)流量輸出。

泵站用電負(fù)荷等級(jí)設(shè)為2級(jí)，設(shè)35kV專(zhuān)用變電站1座，設(shè)一回35kV電源。電源引自龍口東江220kV變電所，35kV專(zhuān)用變電站裝設(shè)主變壓器3臺(tái)。1#，2#容量1.6萬(wàn)kVA，3#容量500kVA；400V室裝設(shè)站用變壓器2臺(tái)，容量400kVA。

2 內(nèi)饋斬波調(diào)速裝置介紹

所謂內(nèi)饋斬波調(diào)速是一種將調(diào)速電機(jī)的部分轉(zhuǎn)子功率（即電轉(zhuǎn)差功率）移出來(lái)，以電能的形式反饋給電機(jī)內(nèi)部的調(diào)節(jié)繞組的特殊調(diào)速方式，是轉(zhuǎn)子電磁功率控制的調(diào)速。

該調(diào)速裝置將電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟妷?，?dāng)斬波器導(dǎo)通時(shí)轉(zhuǎn)子電流被斬波器短路，形成軸功率；當(dāng)斬波器開(kāi)路時(shí)，轉(zhuǎn)子直流電流經(jīng)有源逆變器反饋到電機(jī)反饋繞組，形成轉(zhuǎn)差功率，通過(guò)改變斬波器的占空比，從而調(diào)節(jié)軸功率和轉(zhuǎn)差功率的比例，即能改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。

內(nèi)饋電機(jī)高頻斬波調(diào)速系統(tǒng)由繞線式內(nèi)饋調(diào)速電機(jī)及調(diào)速裝置組成。內(nèi)饋調(diào)速電機(jī)與普通線繞電機(jī)相比，除有定子繞組及轉(zhuǎn)子繞組外，在定子槽內(nèi)增添了一個(gè)反饋繞組，取代串級(jí)調(diào)速裝置中的外饋?zhàn)儔浩鳌?nèi)饋電機(jī)高頻斬波調(diào)速裝置由：軟啟動(dòng)柜、進(jìn)線柜、轉(zhuǎn)子整流器柜、高頻斬波柜、保護(hù)柜、晶閘管相控逆變控制柜和補(bǔ)償柜組成。

3 采用內(nèi)饋斬波調(diào)速裝置原因

3.1 具有流量調(diào)節(jié)功能

從黃水河泵站開(kāi)始是管道輸水，無(wú)調(diào)蓄能力，故須將黃水河泵站和下一級(jí)泵站機(jī)組流量進(jìn)行匹配，但兩泵站水泵的揚(yáng)程又差別很大，水泵選型時(shí)機(jī)組流量不能完全匹配。為了更好地減少泵站開(kāi)停機(jī)次數(shù)和泵站之間的流量匹配，提高泵站運(yùn)行的安全性和可靠性，泵站必須調(diào)節(jié)流量的機(jī)組，從而達(dá)到上下級(jí)泵站之間的流量匹配。

3.2 具有調(diào)節(jié)流量措施

3.2.1 出口閥門(mén)調(diào)節(jié)

利用泵出口閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制離心泵流量，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變管路特性曲線的位置來(lái)改變泵的工作點(diǎn)。

3.2.2 改變離心泵轉(zhuǎn)速

流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比。現(xiàn)在目前常用的是變頻調(diào)速和高頻斬波調(diào)速。

考慮調(diào)節(jié)流量和效率來(lái)講，改變出口閥門(mén)開(kāi)度會(huì)引起水泵機(jī)組效率大大降低，所以現(xiàn)在最常用的是改變水泵轉(zhuǎn)速，進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。

3.3 優(yōu)勢(shì)

3.3.1 價(jià)格低

與變頻調(diào)速裝置相比價(jià)格低。特別對(duì)于高壓電機(jī)或大功率電機(jī)，此裝置價(jià)格是變頻調(diào)速裝置的1/4～1/5。

3.3.2 可靠性

現(xiàn)在的調(diào)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(shè)備運(yùn)行可靠；而高壓變頻調(diào)速不可避免地遭遇電力電子器件耐高壓?jiǎn)栴}，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中變頻設(shè)備的故障大多為功率器件過(guò)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(zhuǎn)子的隔離作用一般不會(huì)反饋至電網(wǎng)，無(wú)污染；而變頻調(diào)速裝置的諧波高，且反饋至電網(wǎng)，并影響其他自動(dòng)化控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須加裝濾波裝置。

3.3.4 控制系統(tǒng)

此裝置在轉(zhuǎn)子側(cè)實(shí)施調(diào)速控制，其控制功率僅為電機(jī)功率的14．8%，所以控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積??；而高壓變頻調(diào)速裝置是在電機(jī)定子側(cè)實(shí)施控制，控制功率要大于電機(jī)功率，一般為（1．2～1．3）倍的電機(jī)功率，而且必須配套變壓器（內(nèi)置或外置），所以其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，占地面積大。

3.3.5 裝置運(yùn)行效率

此裝置的效率大于98%，而變頻調(diào)速裝置的效率小于94%。

3.3.6 節(jié)能

通過(guò)實(shí)際調(diào)查，同等工況下，此裝置比變頻調(diào)速裝置節(jié)能率平均高5%～8%。在工況允許的情況下，節(jié)能率可達(dá)40%～50%。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

在黃水河泵站機(jī)電設(shè)備選型設(shè)計(jì)階段，根據(jù)綜合考慮，泵站兩臺(tái)調(diào)節(jié)機(jī)組（5#與6#）決定采用內(nèi)饋斬波調(diào)速裝置。山東省膠東調(diào)水建管局及山東水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院經(jīng)過(guò)多方考察和招標(biāo)，最終采用上?？旗鞴I(yè)調(diào)速有限公司生產(chǎn)內(nèi)饋斬波調(diào)速裝置。該裝置經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)速運(yùn)行，調(diào)速平穩(wěn)無(wú)抖動(dòng)，流量調(diào)節(jié)效果顯著，實(shí)際調(diào)速調(diào)流達(dá)到了預(yù)期效果，2015年7月2日黃水河泵站實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1。

表1 黃水河泵站5#機(jī)組調(diào)速試運(yùn)行記錄

5 結(jié)語(yǔ)

（1）膠東調(diào)水工程運(yùn)行期間，黃水河泵站一般采用一臺(tái)調(diào)速機(jī)組和幾臺(tái)不能調(diào)速機(jī)組相組合的運(yùn)行方式，避免了頻繁開(kāi)停機(jī)組，根據(jù)下一級(jí)泵站前池水位進(jìn)行轉(zhuǎn)速流量調(diào)節(jié)，完成了與下一級(jí)泵站之間的流量匹配。

（2）采用調(diào)速機(jī)組后，避免了停機(jī)時(shí)管路水錘發(fā)生次數(shù)，保證了沿途管路的安全運(yùn)行，延長(zhǎng)了管路及管路設(shè)備的使用壽命。

［1］本書(shū)編委會(huì)．鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，1996．

［2］羅存存．內(nèi)饋高頻斬波調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用研究［J］．陜西電力，2008（11）．

［3］錢(qián)中陽(yáng)．?dāng)夭▋?nèi)饋調(diào)速裝置在市政行業(yè)的應(yīng)用［J］．電氣應(yīng)用，2010（12）．

（責(zé)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(jī)電設(shè)備的檢修運(yùn)行及管理，（Tel）15864306840。