江尖水利樞紐機(jī)電傳動(dòng)裝置的技術(shù)運(yùn)用

成曄波 李 娟

(江蘇省無錫市水利局, 江蘇 無錫 214000)

江尖水利樞紐機(jī)電傳動(dòng)裝置的技術(shù)運(yùn)用

成曄波 李 娟

(江蘇省無錫市水利局, 江蘇 無錫 214000)

本文主要探討了無錫城市防洪工程江尖水利樞紐機(jī)電傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用和維護(hù)管理，針對具體情況，分別研究了江尖機(jī)電傳動(dòng)裝置的運(yùn)行性能、工作特性、運(yùn)行條件、運(yùn)行調(diào)節(jié)、維護(hù)和保養(yǎng)，總結(jié)了江尖水利樞紐機(jī)電傳動(dòng)的技術(shù)運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)和管理辦法。

水利樞紐； 機(jī)電傳動(dòng)裝置； 技術(shù)運(yùn)用

無錫市城市防洪工程江尖水利樞紐是無錫城市防洪大包圍八大樞紐之一,位于江尖大橋與黃埠墩之間的古運(yùn)河上, 擔(dān)負(fù)著城市防洪、排澇和改善水環(huán)境的任務(wù)，是一項(xiàng)集多項(xiàng)功能于一體的綜合水利樞紐工程。該工程按200年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。工程主要由1座60m3/s的泵站及3孔凈寬25m的節(jié)制閘組成。江尖水利樞紐機(jī)電傳動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、控制設(shè)備、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、水泵和電源組成，其采用3臺(tái)2500ZGB—20型豎井式貫流泵與YKS560—8型10KV高壓異步電動(dòng)機(jī)。工程自2006年7月投運(yùn)以來，實(shí)現(xiàn)了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，本文就該樞紐的機(jī)電傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用和維護(hù)管理作一些探討總結(jié)。

1 異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能和工作特性

高壓三相異步電動(dòng)機(jī)定子由電網(wǎng)吸收電能，然后把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，后由轉(zhuǎn)子軸輸出給水泵。異步電動(dòng)機(jī)性能優(yōu)越度由下列幾項(xiàng)參數(shù)決定。

b.功率因數(shù)cosφ，指定子邊的功率因數(shù)cosφ1，其中φ1是定子相電壓U1和相電流I1的相位差。功率因數(shù)高低直接影響電氣設(shè)備的利用率。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，除了從電源吸收有功功率外，還吸收無功功率。功率因數(shù)低意味著從電源處多吸收無功功率，這會(huì)加重電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，降低設(shè)備的利用率。由于江尖樞紐電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)在0.8左右，未達(dá)到國家電力部門的要求，因此采用并聯(lián)高壓電容器無功補(bǔ)償技術(shù)以提高功率因數(shù)。

c.最初啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩TS，這直接關(guān)系到電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)。

d.啟動(dòng)電流IST，啟動(dòng)電流太大，會(huì)使供電線路壓降增大，電壓降低，影響電動(dòng)機(jī)的壽命和正常使用。

e.最大轉(zhuǎn)矩Tmax和最小轉(zhuǎn)矩Tmin。

以上技術(shù)指標(biāo)均是設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)考慮計(jì)算的，在機(jī)電傳動(dòng)實(shí)際啟用時(shí)，還需進(jìn)行試驗(yàn)檢查。高壓異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n、輸出轉(zhuǎn)矩T2、定子電流I、 效率η、功率因數(shù)cosφ隨輸出功率P2而變化的關(guān)系，稱之為電動(dòng)機(jī)的工作特性，這些數(shù)據(jù)是判斷電動(dòng)機(jī)是否處于正常工作狀態(tài)的依據(jù)。

規(guī)定要求水利泵站啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)造成的電壓降不超過額定數(shù)值的10%(長期運(yùn)行不超過5%)，并且啟動(dòng)功率不超過供電設(shè)備及電網(wǎng)的過載能力，啟動(dòng)時(shí)動(dòng)穩(wěn)定電流和熱穩(wěn)定電流符合電動(dòng)機(jī)和啟動(dòng)設(shè)備規(guī)定的要求。達(dá)到以上條件后，高壓異步電動(dòng)機(jī)在水利泵站中常采用全壓啟動(dòng)，同時(shí)采用機(jī)械方式來制動(dòng)。

在水利泵站中也有采用三相高壓同步電動(dòng)機(jī)作為機(jī)電傳動(dòng)設(shè)備的，同步電動(dòng)機(jī)由于可以通過改變勵(lì)磁電流來調(diào)節(jié)功率因數(shù)，所以節(jié)能效果比較明顯，但由于要使用較為復(fù)雜的勵(lì)磁裝置，故江尖水利泵站未采用這種方式。

2 機(jī)電傳動(dòng)裝置穩(wěn)定運(yùn)行的條件

在水利泵站機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)與水泵連成一體。為了使系統(tǒng)運(yùn)行合理，必須使電動(dòng)機(jī)和水泵的機(jī)械特性盡量相配合。特性配合的最基本要求是系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，這里面包括兩層含義：一是系統(tǒng)應(yīng)能以一定的速度勻速運(yùn)轉(zhuǎn)；二是在系統(tǒng)受到外部干擾(如：電壓、負(fù)載、轉(zhuǎn)矩等波動(dòng))而使運(yùn)行速度稍有變化時(shí)，應(yīng)保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到原來正常的運(yùn)行速度。

機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件：

a.電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線n=f(Tm)和水泵的機(jī)械特性曲線n=f(T2)有交點(diǎn)(即拖動(dòng)系統(tǒng)的平衡點(diǎn))。

b.當(dāng)轉(zhuǎn)速大于平衡點(diǎn)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，TmT2，即干擾使轉(zhuǎn)速下降時(shí)，當(dāng)干擾消除后應(yīng)有Tm-T2>0。這樣的特性配合是機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)。

3 水泵的運(yùn)行調(diào)節(jié)

江尖樞紐采用3臺(tái)豎井式貫流泵，單列布置，機(jī)組中心距8.2m，電機(jī)與水泵通過齒輪減速箱傳動(dòng)。水泵依靠旋轉(zhuǎn)葉輪對液體的動(dòng)力作用，把能量連續(xù)傳遞給液體，使其動(dòng)能增加，隨后在壓出室把部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成壓力能，將液體排出。它的基本參數(shù)有：

a.流量Q：指單位時(shí)間內(nèi)通過水泵的液體體積，單位是m3/s，江尖泵站為單臺(tái)20m3/s。

b.揚(yáng)程H：指單位重量液體從進(jìn)泵前列到進(jìn)泵后列所獲得的能量。

c.轉(zhuǎn)速n：指泵軸每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)，單位r/min。

d.有功功率P0：指每秒鐘內(nèi)液體經(jīng)水泵獲得的總能量，單位kW。

e.效率η：指有功功率與軸功率之比。

水泵在運(yùn)行時(shí)，若其流量隨需要而變化時(shí)，必須對水泵進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于水泵是由異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，所以常采用變速調(diào)節(jié)，通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來改變其特性曲線，從而改變其工作點(diǎn)，達(dá)到改變流量的目的，這樣可大大節(jié)省電能。

4 機(jī)電傳動(dòng)裝置的運(yùn)行維護(hù)及保養(yǎng)

為確保機(jī)電傳動(dòng)裝置長期處于最佳工作狀態(tài)，安全可靠地運(yùn)行，設(shè)備的日常監(jiān)視及運(yùn)行維護(hù)和保養(yǎng)就顯得非常重要。經(jīng)過長期的工作實(shí)踐及每日的例行巡視檢查，總結(jié)出以下一些工作經(jīng)驗(yàn)供探討。

a.電動(dòng)機(jī)周圍環(huán)境應(yīng)保持清潔。外殼應(yīng)無塵、無污、無銹，嚴(yán)防水滴、油污、粉塵落入電機(jī)內(nèi)。接線盒應(yīng)防潮，壓線螺栓應(yīng)緊固，有損壞及時(shí)更換。

b.定期檢查電源電壓和電流變化情況。一般電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓為額定電壓±5%，三相電壓差不得大于5%，各相電流不平衡不得超過10%，并且要嚴(yán)防出現(xiàn)斷相運(yùn)行。

c.定期檢查電動(dòng)機(jī)的溫升，常用溫度計(jì)測溫升不得超過最大允許值。

d.正常的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行應(yīng)平衡無雜音，外側(cè)軸承密封良好，運(yùn)行時(shí)無雜音，觀察其音響、氣味、振動(dòng)情況及傳動(dòng)裝置。

e.利用兆歐表定期檢測繞組的絕緣電阻，在小于0.5MΩ時(shí)，應(yīng)進(jìn)行干燥處理，如繞組絕緣老化，應(yīng)視其老化程度采用浸絕緣漆，干燥或更換繞組。

f.由于電動(dòng)機(jī)的定子是通過軸承來支持整個(gè)轉(zhuǎn)子的，因此軸承是電動(dòng)機(jī)中唯一承受嚴(yán)重機(jī)械磨損而負(fù)載最重的部件，其發(fā)生故障的概率是電動(dòng)機(jī)機(jī)械故障中最大的，所以是維護(hù)保養(yǎng)的重點(diǎn)。軸承需定期更換潤滑油，正常情況下潤滑油應(yīng)保持在腔內(nèi)1/2～1/3。定子和轉(zhuǎn)子間的間隙要保持均勻，軸承若有松動(dòng)、磨損應(yīng)及時(shí)更換(一般滑動(dòng)軸承不得超過1000h，滾動(dòng)軸承不得超過500h)。尤其要注意，添加及更換潤滑油時(shí)應(yīng)盡量采用同一型號(hào)，若更換型號(hào)時(shí)要將原有油脂清洗干凈。

g.電動(dòng)機(jī)的合理運(yùn)行是保證安全可靠、使用壽命長的重要條件。值班人員應(yīng)每日作好巡視檢查記錄。

h.水泵的維護(hù)保養(yǎng)極為重要。若發(fā)現(xiàn)水泵的汽蝕和振動(dòng)，應(yīng)按改善水泵汽蝕和降低振幅的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。在寒冷冬季，要注意水泵有關(guān)部件的防凍。

總之，機(jī)電傳動(dòng)裝置在江尖水利樞紐運(yùn)行多年來，體現(xiàn)了明顯的優(yōu)越性和可靠性。獲得了很多運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和管理辦法，今后還需不斷總結(jié)更多經(jīng)驗(yàn)，使之更好地應(yīng)用于更多水利工程。

[1] 武漢水利電力學(xué)院.水泵和水泵站[M].北京：水利出版社，1981.

[2] 斯洛博丹N烏克塞維克.電機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

Technical application of mechanical and electrical drive device in Jiangjian Key Water Control Project

CHENG Yebo, LI Juan

(JiangsuWuxiWaterConservancyBureau,Wuxi214000,China)

In the paper, the application and maintenance management of mechanical and electrical drive technology in Jiangjian Key Water Control Project of Wuxi Urban Flood Control Project are mainly discussed. The operation performance, working properties, operation conditions, operation adjustment, maintenance and repair of mechanical and electrical drive device in Jiangjian are studied respectively. The technical application experience and management methods of mechanical and electrical drive technology in Jiangjian Key Water Control Project are summarized.

key water control project; mechanical and electrical drive device; technical application

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.02.019

TV734

B

1005-4774(2017)02- 0072- 02