變壓器對(duì)電機(jī)水泵運(yùn)行穩(wěn)定性影響機(jī)理探究

摘""要：研究變壓器對(duì)水泵運(yùn)行穩(wěn)定性的影響機(jī)理，可以為電力系統(tǒng)中水泵的穩(wěn)定運(yùn)行提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。水泵是供水系統(tǒng)的核心設(shè)備，確保其穩(wěn)定運(yùn)行能夠提高供水系統(tǒng)的可靠性，保障居民生活和工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行；優(yōu)化變壓器與水泵的匹配，減少因電壓波動(dòng)、諧波干擾等導(dǎo)致的故障和能耗，降低運(yùn)行成本，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；變壓器和水泵的優(yōu)化運(yùn)行能夠提高電力系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的整體效率，有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，推動(dòng)綠色發(fā)展。

關(guān)鍵詞：變壓器""水泵""運(yùn)行穩(wěn)定性"""影響機(jī)理

中圖分類號(hào)：TM301.2

Research"on"the"Mechanism"of"Transformer’s"Influence"on"the"Stability"of"Motor"Pump"Operation

MA"Jiangpeng

Hongsibao"Yangshui"Management"Office，"Zhongwei，"Ningxia"Hui"Autonomous"Region，"755100"China

Abstract："Studying"the"impact"mechanism"of"transformer"on"the"stability"of"the"pump"operation"mechanism"can"provide"theoretical"support"and"technical"guidance"for"the"stable"operation"of"pumps"in"power"systems."Pump"is"the"core"equipment"of"the"water"supply"system，"ensuring"its"stable"operation"can"improve"the"reliability"of"the"water"supply"system"and"ensure"the"normal"operation"of"residents’"lives"and"industrial"production;"Optimizing"the"matching"between"transformers"and"pumps"can"reduce"faults"and"energy"consumption"caused"by"voltage"fluctuation"and"harmonic"interference，"reduce"the"operation"cost"and"prolong"the"service"life"of"equipment;"The"optimized"operation"of"transformer"and"pump"can"improve"the"overall"efficiency"of"power"system"and"mechanical"system，"which"is"conductive"to"achieving"the"goal"of"energy-saving"and"emission"reduction"and"promoting"green"development.

Key"Words："Transformer;"Pump;"Operation"stability;"Influence"mechanism

研究變壓器對(duì)水泵運(yùn)行穩(wěn)定性的影響機(jī)理，可以為電力系統(tǒng)中水泵的穩(wěn)定運(yùn)行提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。水泵是供水系統(tǒng)的核心設(shè)備，確保其穩(wěn)定運(yùn)行能夠提高供水系統(tǒng)的可靠性，保障居民生活和工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行；優(yōu)化變壓器與水泵的匹配，減少因電壓波動(dòng)、諧波干擾等導(dǎo)致的故障和能耗，降低運(yùn)行成本，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；變壓器和水泵的優(yōu)化運(yùn)行能夠提高電力系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的整體效率，有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，推動(dòng)綠色發(fā)展。

1""電壓穩(wěn)定性

1.1""電壓不穩(wěn)定的機(jī)理

電壓不穩(wěn)定主要源于電網(wǎng)中的多種因素，包括負(fù)載變化、電網(wǎng)故障、供電電源不穩(wěn)定等。這些因素導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)變化，影響變壓器的輸出電壓。當(dāng)電網(wǎng)中負(fù)荷大量變化時(shí)，供電電壓會(huì)相應(yīng)波動(dòng)；電網(wǎng)故障如線路跳閘、變壓器損壞及供電中斷等也會(huì)導(dǎo)致電壓的急劇變化。

1.2""電壓不穩(wěn)定對(duì)水泵電機(jī)的影響

1.2.1""電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定

電壓波動(dòng)會(huì)直接影響水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入電壓成正比，電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速頻繁變化，影響水泵的流量和壓力穩(wěn)定性。當(dāng)電壓下降時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，水泵的流量和壓力也隨之減?。环粗?，電壓升高則會(huì)導(dǎo)致流量和壓力增大，這種不穩(wěn)定性不僅影響水泵的工作效率，還可能對(duì)系統(tǒng)造成沖擊。

1.2.2""電機(jī)過(guò)熱

電壓過(guò)高或過(guò)低都會(huì)導(dǎo)致電機(jī)工作電流偏離正常值，使電機(jī)過(guò)熱。過(guò)高的溫度會(huì)加速電機(jī)內(nèi)部絕緣材料的老化，縮短電機(jī)壽命，甚至引發(fā)故障。根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通常允許的工作溫度范圍有限，超出此范圍將嚴(yán)重影響電機(jī)的安全運(yùn)行。

1.2.3"nbsp;效率下降

電壓不穩(wěn)定還會(huì)導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行效率下降。電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)通常有一個(gè)最優(yōu)工作電壓范圍，偏離此范圍將導(dǎo)致電機(jī)效率降低，增加能源消耗，電壓不穩(wěn)定對(duì)水泵電機(jī)的影響如表1所示[1]。

1.3""應(yīng)對(duì)措施

1.3.1""安裝穩(wěn)壓器

穩(wěn)壓器能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓，將其穩(wěn)定在指定范圍內(nèi)。通過(guò)安裝穩(wěn)壓器，可以有效緩解電壓波動(dòng)對(duì)水泵電機(jī)的影響。穩(wěn)壓器的工作原理是通過(guò)檢測(cè)輸入電壓并調(diào)整其輸出，確保輸出電壓的穩(wěn)定性和精度。

1.3.2""合理規(guī)劃配電系統(tǒng)

優(yōu)化供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和配置，增加供電電源，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。合理規(guī)劃配電系統(tǒng)可以減少負(fù)載變化對(duì)電網(wǎng)的影響，降低電壓波動(dòng)的幅度。

1.3.3"實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析

利用現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水泵電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和電壓變化。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓波動(dòng)等異常情況，并采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，設(shè)置預(yù)警系統(tǒng)，在電壓波動(dòng)超過(guò)一定閾值時(shí)自動(dòng)報(bào)警并啟動(dòng)備用電源或調(diào)整電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)[2]。

2""短路阻抗

2.1""機(jī)理分析

變壓器的短路阻抗是指在變壓器二次側(cè)短路時(shí)，從一次側(cè)施加電壓的等效阻抗，主要由變壓器的漏抗和勵(lì)磁電抗組成。短路阻抗的大小直接決定了變壓器在短路狀態(tài)下的電壓降和電流分配。較高的短路阻抗意味著在短路時(shí)能夠產(chǎn)生較大的電壓降，限制短路電流的大小，維持電氣設(shè)備和系統(tǒng)穩(wěn)定[3]。

2.2""影響分析

對(duì)于水泵啟動(dòng)過(guò)程而言，當(dāng)電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，需要克服靜摩擦力和慣性力，因此啟動(dòng)電流通常較大。如果變壓器的短路阻抗較高，那么在啟動(dòng)瞬間，由于變壓器內(nèi)部阻抗的分壓作用，水泵電機(jī)端的電壓會(huì)顯著降低。電壓的降低會(huì)導(dǎo)致電機(jī)輸入功率減小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降，延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間[4]。

2.3""應(yīng)對(duì)措施

2.3.1""優(yōu)化變壓器選型

在選擇變壓器時(shí)，應(yīng)根據(jù)水泵電機(jī)的啟動(dòng)特性和系統(tǒng)要求，合理確定變壓器的短路阻抗值。對(duì)于需要頻繁啟動(dòng)的大功率水泵，可選擇短路阻抗適中或稍低的變壓器，減少啟動(dòng)時(shí)的電壓降和電流沖擊。

2.3.2""采用軟啟動(dòng)技術(shù)

軟啟動(dòng)器通過(guò)控制電機(jī)輸入電壓的平滑上升，逐步增加電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減少啟動(dòng)電流和啟動(dòng)時(shí)間，顯著降低變壓器短路阻抗對(duì)水泵啟動(dòng)過(guò)程的影響，保護(hù)電機(jī)和變壓器免受大電流沖擊。

2.3.3""加強(qiáng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與維護(hù)

定期對(duì)變壓器和電機(jī)進(jìn)行絕緣測(cè)試、溫度監(jiān)測(cè)和振動(dòng)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的故障隱患。關(guān)注電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性和諧波含量，確保水泵電機(jī)在良好的電氣環(huán)境中運(yùn)行。

2.3.4""應(yīng)用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償

在系統(tǒng)中安裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，如可縮放矢量圖形"（Scalable"Vector"Graphics，SVG）、交換虛擬電路（Switching"Virtual"Circuit，SVC）等，可以根據(jù)電網(wǎng)無(wú)功需求自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)和電壓穩(wěn)定性，減少變壓器在負(fù)載啟動(dòng)時(shí)的電壓降，改善水泵電機(jī)的啟動(dòng)性能[5]。

3""電磁干擾

3.1""電磁干擾的機(jī)理

變壓器在運(yùn)行時(shí)，其原邊和副邊繞組中流過(guò)的電流會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，這些磁場(chǎng)不僅存在于變壓器內(nèi)部，還會(huì)向周圍空間輻射電磁波。電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)還會(huì)在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生電磁場(chǎng)，當(dāng)這些電磁場(chǎng)與附近的電路或設(shè)備相互作用時(shí)，就可能產(chǎn)生電磁干擾。對(duì)于水泵控制系統(tǒng)而言，其內(nèi)部包含有微處理器、傳感器、執(zhí)行器等電子元件，這些元件對(duì)電磁環(huán)境敏感，容易受到外部電磁干擾的影響[6]。

3.2""影響分析

3.2.1""控制信號(hào)不穩(wěn)定

變壓器產(chǎn)生的電磁干擾可能通過(guò)電源線、信號(hào)線或地線等路徑侵入水泵控制系統(tǒng)，干擾控制信號(hào)的傳輸。這會(huì)導(dǎo)致控制信號(hào)波形畸變、幅度波動(dòng)或相位偏移，使控制系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確接收和執(zhí)行控制指令，影響水泵的轉(zhuǎn)速、流量等參數(shù)調(diào)節(jié)。

3.2.2"系統(tǒng)誤動(dòng)作或故障

在極端情況下，電磁干擾可能直接觸發(fā)控制系統(tǒng)的保護(hù)機(jī)制，導(dǎo)致水泵突然停機(jī)或啟動(dòng)，甚至引發(fā)更嚴(yán)重的故障，不僅會(huì)影響生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性和穩(wěn)定性，還可能對(duì)水泵及其控制系統(tǒng)造成損壞。

3.2.3""待測(cè)液體非對(duì)稱流動(dòng)

正常情況下，要求流體在管道內(nèi)流速為軸對(duì)稱分布，磁場(chǎng)均勻。而實(shí)際上常會(huì)出現(xiàn)非軸對(duì)稱流速分布，當(dāng)出現(xiàn)旋渦流時(shí)，對(duì)輸出會(huì)產(chǎn)生影響從而產(chǎn)生誤差，待測(cè)液體非對(duì)稱流動(dòng)如圖1所示。

3.3""應(yīng)對(duì)措施

3.3.1""屏蔽與接地

采用金屬屏蔽層對(duì)變壓器、控制柜及信號(hào)線進(jìn)行包裹，減少電磁輻射的泄漏和感應(yīng)耦合。確保所有設(shè)備的接地系統(tǒng)良好，使電磁干擾能夠迅速導(dǎo)入大地，避免在系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)。

3.3.2""布局與布線優(yōu)化

合理規(guī)劃變壓器與控制系統(tǒng)的布局，盡量減少它們之間的電磁耦合路徑。在布線時(shí)，避免將電源線與信號(hào)線平行敷設(shè)，盡量采用雙絞線或同軸電纜等抗干擾性能好的線纜，并盡量縮短信號(hào)線的長(zhǎng)度。

3.3.3""測(cè)試與驗(yàn)證

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行全面的電磁兼容性（ElectroMagneticCompatibility，EMC）測(cè)試，包括輻射發(fā)射測(cè)試、傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試、抗擾度測(cè)試等，確保系統(tǒng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在的電磁干擾問(wèn)題。

4""結(jié)語(yǔ)

通過(guò)系統(tǒng)分析變壓器對(duì)水泵運(yùn)行穩(wěn)定性的影響機(jī)理，得出以下結(jié)論：變壓器的電壓穩(wěn)定性對(duì)水泵電機(jī)的運(yùn)行至關(guān)重要，需安裝穩(wěn)壓器、合理規(guī)劃配電系統(tǒng)、加強(qiáng)電力設(shè)備維護(hù)和選用優(yōu)質(zhì)電機(jī)和控制器。變壓器的短路阻抗直接影響水泵電機(jī)的啟動(dòng)性能，需優(yōu)化變壓器選型、采用軟啟動(dòng)技術(shù)和加強(qiáng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與維護(hù)。

參考文獻(xiàn)

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[3]李靜，張旭，滕馳，等.500kV變電站主變壓器水噴霧設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù)，2022（20）：193-195.

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[6]許凱.隨鉆方位電磁波電阻率儀器信號(hào)處理模塊研究與實(shí)現(xiàn)[D].濟(jì)南：齊魯工業(yè)大學(xué)，2024.