變頻泵在水電站的應用

梅松

【摘 要】變頻技術具有較強的節(jié)能技術及調速相應快特點，為國家節(jié)約資源，降能減排等效果顯著的情況下具有使用簡單，維護方便，具有廣泛的應用前景及發(fā)展空間。本文重點就變頻泵在水電站的應用進行了研究和分析。

【關鍵詞】變頻泵；水電站；應用分析

0引言

在實際應用過程中，當機組并列前，機組的空載轉速完全由導水機構的開度控制，開度的小量變化對轉速的升降影響就會很大。電動操作器為保證機組在事故時能快速關閉導水機構，故不能將機械減速裝置的速比設計過大，所以在操作時的動作幅度較大；加上機組的轉動慣量較小，造成機組轉速波動也大，在準同期并列時，就很難捕捉同期點。通常電站在并網前需用手動操作，在手動操作時，能根據實時狀況人為地控制調節(jié)幅度，減小機組轉速上下波動的次數(shù)；并入系統(tǒng)后，才用電動操作來增減負荷或關停機。因此，在機組并網時，需兩人配合，一人在水機旁用人工調整機組的轉速，一人在控制屏旁進行同期并網；特別是當機組臺數(shù)較多，兩點距離相差較遠時，由于兩個人交流不便，故操作協(xié)調性差，造成并網時間長、可靠性低，容易出現(xiàn)非同期合閘。

水輪機的電動操作器在空載調速中存在缺陷，其主要原因是調節(jié)幅度過大，因機械減速器的變速比是固定的，要降低導水機構的位移，只能從降低電動機的轉速入手；所以利用變頻器的調速特性將電動機的轉速降低到一定范圍，就能有效改善操作器的調節(jié)精度。

1變頻器控制水泵運行的工作原理

變頻器控制水泵運行，主要控制泵的運行轉速，具體運行原理以及節(jié)能方式如下：在泵、閥、管路組成的管道系統(tǒng)中，泵克服管道系統(tǒng)阻力，輸出水或其他介質。在無變頻器控制的管道系統(tǒng)，泵的流量通過出口閥調節(jié)，泵須克服閥門和管路兩者所形成的阻力；在有變頻器控制的系統(tǒng)中，則全開泵進出口閥門，泵只須克服管路阻力，不受閥門影響，降低了管道系統(tǒng)對泵的揚程需求。此時，如需改變泵的流量，可以調整泵的轉速，使泵揚程與管道系統(tǒng)阻力匹配。管道系統(tǒng)阻力與流速有關，即與泵送流量有關。

2變頻泵在水電站的應用

為滿足機組的運行要求，在機組并列前，要有效地減小電動操作器的動作幅度，達到緩慢升、降機組轉速的要求；當機組并網運行后，能恢復到原先的工作常態(tài)，保證機組在事故情況下能快速反應。所以電路設計的重點是如何將變頻器的控制回路與原先的控制回路有機地結合起來，既能方便而可靠的切換，又不增加操作難度。原電動操作器的控制回路如下所示（見圖1）。工作原理為：當按下SBF按鈕時，41KM線圈帶電吸合，41KM主觸點閉合，電動機旋轉，通過機械減速裝置的傳動，使水輪機導水機構向增加流量方向移動，機組轉速或出力增加；放開SBF按鈕，41KM線圈失電，主觸點斷開，電動機停止。當按下SBZ按鈕時，42KM線圈帶電吸合，42KM主觸點閉合，電動機反向旋轉，帶動水輪機導水機構向減小流量方向移動，使機組轉速或出力降低；放開SBZ按鈕，42KM線圈失電，主觸點斷開，電動機停止。當事故時，發(fā)電機保護裝置動作FBZ接點閉合，發(fā)電機主開關跳開，輔助接點QF常閉接點閉合，42KM線圈帶電動作，電動機向關機方向旋轉，直至全關位置時，限位開關SQ2常閉接點斷開，42KM線圈失電，主觸點斷開，電動機停止轉動。

圖2為加入變頻器調速電路后的控制回路（見圖1），工作原理為：43KM為變頻器輸入電源切換接觸器，44KM為調速電動機的回路切換接觸器。將機組母線側三相電源經43KM常開接點接入變頻器的電源輸入端，電動機的電源線接44KM的公共端，接觸器的常閉接點接原控制回路41KM、42KM的輸出端，44KM的常開接點接變頻器的輸出端。這樣當43KM、44KM不動作時，變頻器回路不工作，按原控制回路運行。

變頻回路的投入和切除由機組的同期開關控制，當機組需要并網運行時，打開同期開關，啟動44KM接觸器，44KM的常開接點閉合后，啟動43KM接觸器，使變頻控制回路處于熱待機狀態(tài)，可隨時接受操作指令工作。同時，43KM的常閉接點斷開，切斷原電動操作回路，把電動機的控制權暫時轉到調速控制回路。待機組并網后，退出同期開關，44KM線圈失電，所有接點返回到初始常態(tài)，43KM斷開，切斷變頻器工作電源，44KM的輔助常閉接點閉合，接通原控制回路工作電源，恢復到原電動操作器的控制回路。

3變頻泵在水電站的應用優(yōu)勢

變頻器具有調壓、調速、調頻、穩(wěn)壓等基本功能，在現(xiàn)代化生產中廣泛應用。具有內部復雜使用簡單的特點，性能良好，在各個領域中得到廣泛應用。

3.1節(jié)能優(yōu)勢

變頻器節(jié)能降耗的作用主要體現(xiàn)在工業(yè)水泵、風機的應用領域，水泵、風機是當前工業(yè)生產中常用到的設備，通過調節(jié)閥門或擋板調節(jié)水量和風量，在生產實際應用中具有振動大、耗能高、設備易損壞的特點，耗能較高，資源浪費大?？赏ㄟ^變頻器的輔助下，可有效調節(jié)水泵、風機的轉速，從而調節(jié)了水流量和風量大小，從而達到節(jié)能的效果。根據流體力學公式：功率=壓力*流量，壓力和轉速的平方是正比，流量和轉速的一次方是正比，所以功率和轉速的立方是正比。在水泵的效率不能改變的基礎上，如果要求流量下降，轉速成一定比例下降，軸的輸出功率成立方關系下降，也就是水泵的轉速和耗電功率成立方比關系，所以如果要求流量減少的話，可以通過調節(jié)變頻器的輸出功率，按照一定的比例降低電動機的轉速，此時電動機的功率就會按照三次方的關系在大幅度的降低，比調節(jié)閥門、擋板節(jié)能40%-50%，達到節(jié)能的目的，減少了設備異常，降低了消耗，減少了污染及垃圾排放。

3.2軟啟動優(yōu)勢

軟起動就是起動電流平滑，在啟動初期所加的電壓要低于額定電壓，電壓由零慢慢提升到額定電壓，使電機啟動的全過程都不存在沖擊轉矩，而是平滑的啟動運行，一般起動電流是額定電流的二倍。常見的軟啟動有軟啟動器啟動和自耦變壓器降壓啟動，自耦變壓器降壓啟動在電機啟動的初期先給它加上為額定電壓60%到80%的一個電壓，先讓其運動起來，當轉動起來以后，再給他切換到額定電壓下工作，還有就是省電，對機械設備和電機、電網都有利。電動機的直接啟動電流時額定電流的4到7倍，那么如果電機的功率比較小，那么對電網的影響不是很大，可允許它直接啟動，一般電動機功率在7.5KM以下都是允許直接啟動的，但是對于大型電機，功率特別的大，那么就不允許它直接啟動，如果額定電流是100A，那么瞬間啟動的電流可以達到好幾百安，大的電流對電網的沖擊是非常的大的，會影響同一電網所帶其他負載的正常工作，這種情況經常可以看到，比如某一大型負載啟動的瞬間等泡會變暗等，家庭中有時候也會存在這種情況，比如開電視機的時候，燈泡有時候就會突然間暗了一下，同樣還因為負載的啟動電流太大，對電機繞組的絕緣也是極為不利的，所以對于大型電機一般都要實行軟啟動，軟啟動器要比自耦變壓器降壓啟動要先進些，其原理都是一樣的，軟啟動器給電動機的電壓時從0逐漸到額定電壓的，他的啟動過程更為平滑，啟動效果更好，對電網沖擊和對繞組的傷害也是最小的，要優(yōu)于自耦變壓器降壓啟動。

4結束語

變頻器在水泵中的應用，效益和優(yōu)勢比較明顯，有效體現(xiàn)變頻器的節(jié)能效果，不論水泵的型號大小，都可以實現(xiàn)節(jié)能處理，控制水泵運行成本。目前，變頻器技術水平不斷提高，成本也日趨下降，使得運用變頻器所獲得的節(jié)能收益逐漸增大，發(fā)展前景也更加開闊。

參考文獻：

[1]張建平.變頻器在水泵中的節(jié)能應用[J].山西能源與節(jié)能，2012（1）：45-47.

[2]韓鋼.變頻器在水泵控制節(jié)能技術中的應用[J].一重技術，2012（4）：90-92.

[3]鞏固，劉松.變頻調速技術在水泵控制系統(tǒng)的應用[J].山東煤炭科技，2011（5）：36-38.