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1 引言
為促進企業(yè)技術(shù)進步和提高經(jīng)濟效益，讓科學(xué)技術(shù)更好地發(fā)揮其第一生產(chǎn)力的作用，“節(jié)能降耗”工作已經(jīng)列為企業(yè)的重點工作之一。目前各種調(diào)速方式已被廣泛應(yīng)用于平方轉(zhuǎn)矩及恒轉(zhuǎn)矩負載中其節(jié)能效果顯著，回報周期短。現(xiàn)就晶閘管串級調(diào)速在供水泵房中的應(yīng)用做簡要介紹和分析。

2 晶閘管串級調(diào)速裝置的性能簡介
(1) 調(diào)速范圍60%～100%額定轉(zhuǎn)速;
(2) 采用繼電操作電路，其核心部件為可編程控制器(f1-60mr-ul)，以控制電機的起動、停止，運行狀態(tài)的切換及系統(tǒng)故障保護;
(3) 可實現(xiàn)本控與遠控操作;
(4) 利用逆變變壓器將電能回饋到電網(wǎng);
(5) 功率因數(shù)較低，需要無功補償;
(6) 造價較低，安裝及使用條件適于供水泵房。

3 晶閘管串級調(diào)速的工作原理
對于繞線式感應(yīng)電動機來說，如果定子電壓一定，即磁通近似不變，當拖動一個恒定負載時，無論轉(zhuǎn)速如何變化，其電動機靜阻力矩不變(恒轉(zhuǎn)矩特性)。所以電動機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)在某一轉(zhuǎn)速時，在轉(zhuǎn)子回路中引入與轉(zhuǎn)子同頻率的反電勢，則轉(zhuǎn)子電流減小，因而電動力矩md(mg為負載靜阻力矩)下降，電動機便減速。隨著轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子電勢增加，轉(zhuǎn)子電流隨之增加，直到轉(zhuǎn)子電勢增加到等于反電勢時，轉(zhuǎn)子電流增加使電動力矩md與靜阻力矩達到平衡即md=mg，電動機便重新穩(wěn)定在新的轉(zhuǎn)速下，所以如果改變反電勢大小便可以達到調(diào)速的目的。

晶閘管串級調(diào)速裝置是用三相整流橋?qū)⑥D(zhuǎn)子電勢整流為直流，然后在轉(zhuǎn)子回路中串入直流反電勢，此直流反電勢由三相橋式有源逆變器產(chǎn)生。通過改變逆變器中晶閘管的超前控制角β可以改變反電勢的大小，達到在同步轉(zhuǎn)速下調(diào)速的目的。有源逆變器在工作中將所吸收的轉(zhuǎn)差功率變?yōu)?0hz交流電能反饋電網(wǎng)，以達到節(jié)能的目的。基本原理如附圖所示。

附圖 晶閘管串級調(diào)速原理示意圖

4 實例介紹
4.1 改造原因及方案
此泵房改造前由三臺機組組成，投運一號或三號機組。參數(shù)如表1所示。
表1 泵房改造機組參數(shù)表


泵房的外部供水管網(wǎng)為干線加分支管網(wǎng)。由于鐵西區(qū)四大廠家共有七個水門，若調(diào)整一、二個水門，對泵房出口壓力影響很大。以往泵房運行一號機組時，出水量在6～7萬m3/d左右，限壓在0.25mpa，由出水門來控制。隨著外部用水量的逐年減少，九七年開始投用三號機組，水量4～5萬m3/d，限壓在0.20mpa，由出水門調(diào)整水量、水位的變化。將能量消耗在管阻上，這種運行方式很不經(jīng)濟。我們知道，當水泵的轉(zhuǎn)速從n1變化到n2時，其流量q，軸功率n變化如下:


說明流量與轉(zhuǎn)速成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此采用變速調(diào)節(jié)可大大減少所耗用的功率。通過對泵房機組運行方式的實際測算及市場調(diào)研，決定采用晶閘管串級調(diào)速來滿足現(xiàn)運行的工況條件，實現(xiàn)企業(yè)的“節(jié)能降耗”工作。

根據(jù)97～98年日配水分布比例表來看，確定日供水量在4～6萬m3/d，出口壓力0.22mpa，選擇方案如下:

(1) 拆除報廢的2#機組及閥門和部分管件、泵座，選用一臺24sa-10a水泵進行串級調(diào)速運行，調(diào)速范圍60%～100%。1#和3#機組作為備用泵。

(2) 2#機組的水泵型號及各項參數(shù):24sa-10a，流量2700m3/h, 轉(zhuǎn)速730r/min, 軸功率319kw, 揚程39m; 電機型號及各項參數(shù):yr450-8，額定功率400kw，電壓6kv。

(3) 晶閘管串級調(diào)速裝置的型號:kjf05-500/380-a，為西安電力整流器廠產(chǎn)品。
選用晶閘管串級調(diào)速的優(yōu)點是:節(jié)電;投資相對較少;當控制調(diào)速部分發(fā)生故障時，可以切除控制部分，使電機改為全速運行，并不影響生產(chǎn)。由于泵房采用單臺水泵供水，且對壓力有一定要求，原定實現(xiàn)恒壓供水系統(tǒng)，但經(jīng)測試后認為，恒壓調(diào)速將使系統(tǒng)很不穩(wěn)定，根據(jù)泵房的現(xiàn)狀，在管路出口處安裝一塊電接點壓力表，一旦壓力超過0.25mpa，機組水門將自動關(guān)閉，以避免因調(diào)速系統(tǒng)故障，電機突然轉(zhuǎn)全速將造成壓力過高，使外部管路爆裂的事故。

4.2 改造成果分析
整個調(diào)速節(jié)能改造工程總投資138萬元，包括有電氣、機泵、管道、土建、裝修等，于99年2月3日主要設(shè)備安裝完畢，帶載試車成功，歷時106天。

通過對泵房2#機組一年來運行參數(shù)記錄的分析，與改造前相比較，節(jié)電效果顯著。

改造前泵房運行1#或3#機組，我們對九八年泵房機組全年運行參數(shù)進行了統(tǒng)計，詳見附表。由于99年2月6日～2月10日為調(diào)試階段，2月～5月份調(diào)速機組連續(xù)運行時間較短，2#、3#機組交替運行，所以只能選取有代表性的幾組數(shù)據(jù)進行說明。

5 結(jié)束語
此泵房機組運行狀況首先受外部管網(wǎng)壓力限制，按要求出口壓力應(yīng)保持在0.20mpa以下，致使泵房不得不壓量運行，見表2。

表2 泵房機組運行參數(shù)統(tǒng)計對比表


從表2中可看出:

(1) 如果日送水量保持在5萬m3以上時，則節(jié)電效果較好，能達到預(yù)期目的，即日節(jié)電量為2400kwh左右;但如果水量在2～3萬m3/h之間時，工況點不在高效區(qū)內(nèi)，節(jié)電不明顯。

(2) 目前2#調(diào)速機組運行狀況良好，全天連續(xù)運行。泵房日送水量的多少仍受外部四大廠家需求影響，所以調(diào)速電機未能發(fā)揮出最大潛力。但以現(xiàn)在的運行狀況來看，節(jié)電量在30%左右。

(3) 通過對泵房2#調(diào)速機組的跟蹤測算，99年節(jié)電15.2萬元，2000年節(jié)電37.4萬元，2001年節(jié)電40萬元，2002年節(jié)電40.7萬元。此調(diào)速節(jié)能改造工程的總造價為138萬元，如按目前運行狀況，截至到2002年底基本上已預(yù)計收回投資，達到節(jié)能降耗的目的。

參考文獻
[1] 《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊》編委會. 鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊[m]. 北京:冶金工業(yè)出版社,1996.
[2] 機械電子工業(yè)部天津電氣傳動設(shè)計研究所.電氣傳動自動化技術(shù)手冊[m].北京:機械工業(yè)出版社,1992.

作者簡介
喬 岳(1971-) 工程師/學(xué)士 1994年畢業(yè)于遼寧工學(xué)院，現(xiàn)任職于沈陽市熱力工程設(shè)計研究院。