禹新立

（陜西省交口抽渭灌溉管理局 陜西 渭南 714000）

交口抽渭灌區(qū)位于陜西省關(guān)中平原東部，渭河下游，是一個(gè)灌排并舉的大型電力提水灌區(qū)，現(xiàn)有抽、排水站31座，共安裝調(diào)頻調(diào)速裝置20臺(tái)。原設(shè)施灌溉面積119.73萬(wàn)畝，現(xiàn)有效灌溉面積80多萬(wàn)畝。

1 采用調(diào)頻調(diào)速裝置的必要性

近年來(lái)，由于受農(nóng)村體制變化的影響,農(nóng)民自立耕作,種植結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需水時(shí)效差異大,導(dǎo)致灌季引用流量變化頻繁。為了解決灌區(qū)各級(jí)泵站水量調(diào)配難題，提高水量對(duì)口率、降低能耗,減少維修費(fèi)用，曾多次采用壓閥或調(diào)整葉片角度來(lái)改變水泵的出流。然而，經(jīng)實(shí)踐證明這些方法均達(dá)不到理想的效果。因此，結(jié)合單位實(shí)際，經(jīng)多方面考察，最終選用調(diào)頻調(diào)速裝置來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使水泵出水流量滿足實(shí)際供需要求。所謂調(diào)頻調(diào)速，即調(diào)整電動(dòng)機(jī)輸入頻率，使電動(dòng)機(jī)從零速啟動(dòng)，逐漸增加頻率，最終使電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速調(diào)整的過(guò)程中，水泵流量將按轉(zhuǎn)速以正比例方式變化，從而達(dá)到水量調(diào)配自如，避免棄排倒水現(xiàn)象，降低能耗，減少水量損失。

2 安裝調(diào)頻調(diào)速裝置機(jī)組的選型

根據(jù)調(diào)頻調(diào)速裝置的特點(diǎn)，安裝調(diào)頻調(diào)速的機(jī)組，必須滿足全站任意時(shí)段需水量的要求，使該站流量在零到最大之間任意變化，且不發(fā)生棄排倒水現(xiàn)象，具體選擇調(diào)頻調(diào)速機(jī)組的方法如下：

（1）根據(jù)需調(diào)頻機(jī)組容量，按調(diào)頻裝置的規(guī)格選擇容量相近的調(diào)頻柜。

（2）當(dāng)該泵站擁有出流相同的多臺(tái)機(jī)組時(shí)，任選其中一臺(tái)安裝調(diào)頻調(diào)速裝置。

（3）當(dāng)擁有出流大小不同的多臺(tái)機(jī)組時(shí)，如果兩臺(tái)小機(jī)組同時(shí)開(kāi)啟時(shí)的出水流量可以達(dá)到一臺(tái)大機(jī)組開(kāi)啟時(shí)的出水流量時(shí),則選擇容量小的機(jī)組安裝調(diào)頻調(diào)速裝置；否則，則選擇容量大的機(jī)組安裝調(diào)頻調(diào)速裝置，這樣既可滿足配水要求，又可最大程度的節(jié)約電能。

（4）對(duì)同時(shí)擁有兩座出水池(高、低池)的泵站,選擇容量較大的一臺(tái)機(jī)組安裝調(diào)頻調(diào)速裝置，這樣可得到較大的流量調(diào)節(jié)范圍，以滿足高、低池的用水量。

3 調(diào)頻調(diào)速技術(shù)分析

灌區(qū)目前采用西門子MM440系列，交～直～交電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)，采用脈寬調(diào)制（PWM）通斷方案，轉(zhuǎn)矩控制原理，其中采用的功率通斷管IGCT已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)開(kāi)關(guān)控制中。該器件通斷能力強(qiáng)，反應(yīng)速度快，工作頻率高，調(diào)寬波形好，效果穩(wěn)定，使調(diào)頻器得以廣泛推廣使用。

脈寬調(diào)制變頻器的主要優(yōu)點(diǎn)是：①中間直流電壓不變，故其強(qiáng)迫換流線路可較為簡(jiǎn)單；②調(diào)頻調(diào)壓均在逆變器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，可不受直流濾波回路參數(shù)的影響而實(shí)現(xiàn)快速的調(diào)節(jié)；③電源側(cè)的功率因數(shù)較高；④可以將輸出電壓調(diào)制成正波，減少諧波分量。

該技術(shù)配以微處理器管理控制，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制，具有過(guò)流、過(guò)/欠壓、過(guò)熱、輸入缺相、短路、過(guò)載、堵轉(zhuǎn)等多種保護(hù)功能，保證了安全可靠運(yùn)行，其調(diào)速范圍較寬（約0～110%），整流輸出參數(shù)優(yōu)，完全滿足泵站調(diào)速需要，并且無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償，功率因數(shù)高，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)差小，節(jié)能效果明顯。

4 典型故障及解決措施

陜西省交口抽渭灌溉管理局采用的西安重型機(jī)械研究所制造生產(chǎn)的抽水站變頻調(diào)速裝置，通過(guò)近幾年使用，該裝置在冬、春灌的抽水運(yùn)行過(guò)程中，由于環(huán)境溫度低、系統(tǒng)電壓正常，其運(yùn)行情況良好；但在夏灌運(yùn)行過(guò)程中，由于環(huán)境溫度過(guò)高、系統(tǒng)電壓偏低，調(diào)頻裝置經(jīng)常發(fā)生過(guò)流以及變頻器過(guò)熱兩類故障，導(dǎo)致變頻器跳閘，不能正常運(yùn)行，失去應(yīng)有的作用。針對(duì)系統(tǒng)電壓偏低而造成變頻器過(guò)流跳閘的站，采取相應(yīng)的措施，在夏灌前期先將各站主變分接開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)整，使其略高于變頻器的額定電壓，待夏灌運(yùn)行結(jié)束后，再將分接開(kāi)關(guān)調(diào)回到原來(lái)的檔位；對(duì)于裝機(jī)容量較大，變頻器夏灌期間經(jīng)常發(fā)生過(guò)熱跳閘的站，采取了重新安裝更換柜頂冷卻風(fēng)機(jī)、增大冷卻風(fēng)量的方法，徹底解決了變頻器過(guò)熱跳閘問(wèn)題。

采取以上措施后，2005年夏灌運(yùn)行期間，全局20臺(tái)低壓變頻調(diào)速裝置，無(wú)1臺(tái)發(fā)生過(guò)流和過(guò)溫跳閘故障，運(yùn)行工況均正常良好，充分發(fā)揮了新技術(shù)新設(shè)備的巨大作用，取得了極佳的使用效果。

5 安裝調(diào)頻調(diào)速裝置后的特點(diǎn)

5.1 安裝調(diào)頻裝置后的優(yōu)點(diǎn)

改善設(shè)備運(yùn)行條件、增強(qiáng)安全可靠性，機(jī)組安裝調(diào)頻調(diào)速裝置后,避免了手動(dòng)壓閘限流及頻繁開(kāi)、停機(jī)調(diào)節(jié)水量等設(shè)備操作，從而有效地減少了設(shè)備配件的損耗，大大延長(zhǎng)了大修周期和設(shè)備的使用壽命，從根本上降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。尤其在大、中型軸流泵站中尤為明顯。安裝調(diào)頻器后均采用平滑調(diào)節(jié)，開(kāi)機(jī)從零起步，降低了啟動(dòng)沖擊電流對(duì)電氣設(shè)備及電動(dòng)機(jī)的影響，提高了設(shè)備的運(yùn)行性能，極大地改善了職工的工作環(huán)境，有效地降低了設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的噪音和振動(dòng)。具體表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）采用變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，取消了擋板或閥門開(kāi)度的調(diào)節(jié)，降低了設(shè)備的故障率，節(jié)電效果顯著。

（2）具有軟啟動(dòng)和制動(dòng)功能，能夠自動(dòng)平穩(wěn)地加速和減速，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，避免了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

（3）在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，減少了噪音對(duì)環(huán)境的影響。

（4）技術(shù)性能高，工作安全可靠，具有欠壓、失速、過(guò)熱等自動(dòng)保護(hù)功能。

（5）安裝時(shí)可不破壞原有的配電設(shè)施及環(huán)境，且不影響正常生產(chǎn)。

（6）使用時(shí)，只需調(diào)節(jié)電位器旋鈕既可調(diào)整水泵出水流量，操作簡(jiǎn)單、方便。

（7）頻率數(shù)字顯示，可直觀地顯示變頻調(diào)速水泵運(yùn)行頻率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

5.2 安裝調(diào)頻裝置后的缺點(diǎn)

（1）安裝調(diào)頻裝置后，設(shè)備內(nèi)部存在逆變環(huán)節(jié)，會(huì)產(chǎn)生高次諧波，對(duì)電網(wǎng)以及外圍設(shè)備干擾較強(qiáng)。

（2）目前采用開(kāi)環(huán)控制，未采用閉環(huán)形式，水位與裝置無(wú)相關(guān)聯(lián)系，屬于半自動(dòng)化裝置，還需人工調(diào)節(jié)來(lái)控制機(jī)組出水流量。

（3）建議采用屏蔽電纜、電抗器以及液位裝置，從而避免對(duì)電網(wǎng)以及外圍設(shè)備的干擾，并可根據(jù)前池水位高低對(duì)水泵出水流量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

以交口局固市抽水站為例，從節(jié)能角度分析，該站季節(jié)平均引用流量在200 L/s～250L/s，未安裝調(diào)頻裝置前，機(jī)組長(zhǎng)年滿載運(yùn)行，需用功率25kW左右；而安裝調(diào)頻裝置后，只需在f=35-37.5Hz下運(yùn)行，即可滿足用水要求。以f=37.5Hz計(jì)，其需用功率僅為10.6kW，節(jié)能效果達(dá)57.6%。以該站2007年抽水用電量為例，總電量達(dá)8.27萬(wàn)kW·h，電費(fèi)支出1.68萬(wàn)元，安裝調(diào)頻裝置后，全年可節(jié)約電費(fèi)1.68×57.6%=0.968萬(wàn)元，節(jié)約電能8.27×57.6%=4.76萬(wàn)kW·h。

從降低機(jī)組維修費(fèi)用來(lái)看，安裝調(diào)頻裝置后，機(jī)組的磨蝕將大幅下降，初步估算，水泵三大配件的更換周期將提高到4000h以上，較安裝調(diào)頻裝置前1980h延長(zhǎng)一個(gè)周期，年可節(jié)約維修費(fèi)用0.4萬(wàn)元。

由上分析可知，該站安裝調(diào)頻裝置后，年可節(jié)約電費(fèi)及機(jī)組維修費(fèi)用兩項(xiàng)合計(jì)約0.968+0.4=1.368萬(wàn)元，機(jī)組設(shè)備包括組成部件的使用壽命將會(huì)大大增加，為社會(huì)節(jié)約電能4.76萬(wàn)kW·h，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。

7 結(jié)語(yǔ)

異步電動(dòng)機(jī)是灌溉系統(tǒng)最主要的動(dòng)力設(shè)備，作為高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨負(fù)荷按比例變化，大部分只能通過(guò)擋板或閥門的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)，而電動(dòng)機(jī)消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗。因此，使用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)電源進(jìn)行技術(shù)改造成為灌溉系統(tǒng)節(jié)能降耗、提高效率的重要手段。陜西水利