梅松

【摘 要】变频技术具有较强的节能技术及调速相应快特点，为国家节约资源，降能减排等效果显著的情况下具有使用简单，维护方便，具有广泛的应用前景及发展空间。本文重点就变频泵在水电站的应用进行了研究和分析。

【关键词】变频泵；水电站；应用分析

0引言

在实际应用过程中，当机组并列前，机组的空载转速完全由导水机构的开度控制，开度的小量变化对转速的升降影响就会很大。电动操作器为保证机组在事故时能快速关闭导水机构，故不能将机械减速装置的速比设计过大，所以在操作时的动作幅度较大；加上机组的转动惯量较小，造成机组转速波动也大，在准同期并列时，就很难捕捉同期点。通常电站在并网前需用手动操作，在手动操作时，能根据实时状况人为地控制调节幅度，减小机组转速上下波动的次数；并入系统后，才用电动操作来增减负荷或关停机。因此，在机组并网时，需两人配合，一人在水机旁用人工调整机组的转速，一人在控制屏旁进行同期并网；特别是当机组台数较多，两点距离相差较远时，由于两个人交流不便，故操作协调性差，造成并网时间长、可靠性低，容易出现非同期合闸。

水轮机的电动操作器在空载调速中存在缺陷，其主要原因是调节幅度过大，因机械减速器的变速比是固定的，要降低导水机构的位移，只能从降低电动机的转速入手；所以利用变频器的调速特性将电动机的转速降低到一定范围，就能有效改善操作器的调节精度。

1变频器控制水泵运行的工作原理

变频器控制水泵运行，主要控制泵的运行转速，具体运行原理以及节能方式如下：在泵、阀、管路组成的管道系统中，泵克服管道系统阻力，输出水或其他介质。在无变频器控制的管道系統，泵的流量通过出口阀调节，泵须克服阀门和管路两者所形成的阻力；在有变频器控制的系统中，则全开泵进出口阀门，泵只须克服管路阻力，不受阀门影响，降低了管道系统对泵的扬程需求。此时，如需改变泵的流量，可以调整泵的转速，使泵扬程与管道系统阻力匹配。管道系统阻力与流速有关，即与泵送流量有关。

2变频泵在水电站的应用

为满足机组的运行要求，在机组并列前，要有效地减小电动操作器的动作幅度，达到缓慢升、降机组转速的要求；当机组并网运行后，能恢复到原先的工作常态，保证机组在事故情况下能快速反应。所以电路设计的重点是如何将变频器的控制回路与原先的控制回路有机地结合起来，既能方便而可靠的切换，又不增加操作难度。原电动操作器的控制回路如下所示（见图1）。工作原理为：当按下SBF按钮时，41KM线圈带电吸合，41KM主触点闭合，电动机旋转，通过机械减速装置的传动，使水轮机导水机构向增加流量方向移动，机组转速或出力增加；放开SBF按钮，41KM线圈失电，主触点断开，电动机停止。当按下SBZ按钮时，42KM线圈带电吸合，42KM主触点闭合，电动机反向旋转，带动水轮机导水机构向减小流量方向移动，使机组转速或出力降低；放开SBZ按钮，42KM线圈失电，主触点断开，电动机停止。当事故时，发电机保护装置动作FBZ接点闭合，发电机主开关跳开，辅助接点QF常闭接点闭合，42KM线圈带电动作，电动机向关机方向旋转，直至全关位置时，限位开关SQ2常闭接点断开，42KM线圈失电，主触点断开，电动机停止转动。

图2为加入变频器调速电路后的控制回路（见图1），工作原理为：43KM为变频器输入电源切换接触器，44KM为调速电动机的回路切换接触器。将机组母线侧三相电源经43KM常开接点接入变频器的电源输入端，电动机的电源线接44KM的公共端，接触器的常闭接点接原控制回路41KM、42KM的输出端，44KM的常开接点接变频器的输出端。这样当43KM、44KM不动作时，变频器回路不工作，按原控制回路运行。

变频回路的投入和切除由机组的同期开关控制，当机组需要并网运行时，打开同期开关，启动44KM接触器，44KM的常开接点闭合后，启动43KM接触器，使变频控制回路处于热待机状态，可随时接受操作指令工作。同时，43KM的常闭接点断开，切断原电动操作回路，把电动机的控制权暂时转到调速控制回路。待机组并网后，退出同期开关，44KM线圈失电，所有接点返回到初始常态，43KM断开，切断变频器工作电源，44KM的辅助常闭接点闭合，接通原控制回路工作电源，恢复到原电动操作器的控制回路。

3变频泵在水电站的应用优势

变频器具有调压、调速、调频、稳压等基本功能，在现代化生产中广泛应用。具有内部复杂使用简单的特点，性能良好，在各个领域中得到广泛应用。

3.1节能优势

变频器节能降耗的作用主要体现在工业水泵、风机的应用领域，水泵、风机是当前工业生产中常用到的设备，通过调节阀门或挡板调节水量和风量，在生产实际应用中具有振动大、耗能高、设备易损坏的特点，耗能较高，资源浪费大。可通过变频器的辅助下，可有效调节水泵、风机的转速，从而调节了水流量和风量大小，从而达到节能的效果。根据流体力学公式：功率=压力*流量，压力和转速的平方是正比，流量和转速的一次方是正比，所以功率和转速的立方是正比。在水泵的效率不能改变的基础上，如果要求流量下降，转速成一定比例下降，轴的输出功率成立方关系下降，也就是水泵的转速和耗电功率成立方比关系，所以如果要求流量减少的话，可以通过调节变频器的输出功率，按照一定的比例降低电动机的转速，此时电动机的功率就会按照三次方的关系在大幅度的降低，比调节阀门、挡板节能40%-50%，达到节能的目的，减少了设备异常，降低了消耗，减少了污染及垃圾排放。

3.2软启动优势

软起动就是起动电流平滑，在启动初期所加的电压要低于额定电压，电压由零慢慢提升到额定电压，使电机启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行，一般起动电流是额定电流的二倍。常见的软启动有软启动器启动和自耦变压器降压启动，自耦变压器降压启动在电机启动的初期先给它加上为额定电压60%到80%的一个电压，先让其运动起来，当转动起来以后，再给他切换到额定电压下工作，还有就是省电，对机械设备和电机、电网都有利。电动机的直接启动电流时额定电流的4到7倍，那么如果电机的功率比较小，那么对电网的影响不是很大，可允许它直接启动，一般电动机功率在7.5KM以下都是允许直接启动的，但是对于大型电机，功率特别的大，那么就不允许它直接启动，如果额定电流是100A，那么瞬间启动的电流可以达到好几百安，大的电流对电网的冲击是非常的大的，会影响同一电网所带其他负载的正常工作，这种情况经常可以看到，比如某一大型负载启动的瞬间等泡会变暗等，家庭中有时候也会存在这种情况，比如开电视机的时候，灯泡有时候就会突然间暗了一下，同样还因为负载的启动电流太大，对电机绕组的绝缘也是极为不利的，所以对于大型电机一般都要实行软启动，软启动器要比自耦变压器降压启动要先进些，其原理都是一样的，软启动器给电动机的电压时从0逐渐到额定电压的，他的启动过程更为平滑，启动效果更好，对电网冲击和对绕组的伤害也是最小的，要优于自耦变压器降压启动。

4结束语

变频器在水泵中的应用，效益和优势比较明显，有效体现变频器的节能效果，不论水泵的型号大小，都可以实现节能处理，控制水泵运行成本。目前，变频器技术水平不断提高，成本也日趋下降，使得运用变频器所获得的节能收益逐渐增大，发展前景也更加开阔。

参考文献：

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[3]巩固，刘松.变频调速技术在水泵控制系统的应用[J].山东煤炭科技，2011（5）：36-38.