1 引言
為促進企業技術進步和提高經濟效益，讓科學技術更好地發揮其第一生產力的作用，“節能降耗”工作已經列為企業的重點工作之一。目前各種調速方式已被廣泛應用于平方轉矩及恒轉矩負載中其節能效果顯著，回報周期短。現就晶閘管串級調速在供水泵房中的應用做簡要介紹和分析。
2 晶閘管串級調速裝置的性能簡介
(1) 調速范圍60%～100%額定轉速;
(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，運行狀態的切換及系統故障保護;
(3) 可實現本控與遠控操作;
(4) 利用逆變變壓器將電能回饋到電網;
(5) 功率因數較低，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 晶閘管串級調速的工作原理
對于繞線式感應電動機來說，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，無論轉速如何變化，其電動機靜阻力矩不變(恒轉矩特性)。所以電動機穩定運轉在某一轉速時，在轉子回路中引入與轉子同頻率的反電勢，則轉子電流減小，因而電動力矩md(mg為負載靜阻力矩)下降，電動機便減速。隨著轉速下降，轉子電勢增加，轉子電流隨之增加，直到轉子電勢增加到等于反電勢時，轉子電流增加使電動力矩md與靜阻力矩達到平衡即md=mg，電動機便重新穩定在新的轉速下，所以如果改變反電勢大小便可以達到調速的目的。
晶閘管串級調速裝置是用三相整流橋將轉子電勢整流為直流，然后在轉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，達到在同步轉速下調速的目的。有源逆變器在工作中將所吸收的轉差功率變為50hz交流電能反饋電網，以達到節能的目的。基本原理如附圖所示。
附圖 晶閘管串級調速原理示意圖
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。參數如表1所示。
表1 泵房改造機組參數表
泵房的外部供水管網為干線加分支管網。由于鐵西區四大廠家共有七個水門，若調整一、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濟。我們知道，當水泵的轉速從n1變化到n2時，其流量q，軸功率n變化如下:
說明流量與轉速成正比，軸功率與轉速的立方成正比，因此采用變速調節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研，決定采用晶閘管串級調速來滿足現運行的工況條件，實現企業的“節能降耗”工作。
根據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水泵進行串級調速運行，調速范圍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:24sa-10a，流量2700m3/h, 轉速730r/min, 軸功率319kw, 揚程39m; 電機型號及各項參數:yr450-8，額定功率400kw，電壓6kv。
(3) 晶閘管串級調速裝置的型號:kjf05-500/380-a，為西安電力整流器廠產品。
選用晶閘管串級調速的優點是:節電;投資相對較少;當控制調速部分發生故障時，可以切除控制部分，使電機改為全速運行，并不影響生產。由于泵房采用單臺水泵供水，且對壓力有一定要求，原定實現恒壓供水系統，但經測試后認為，恒壓調速將使系統很不穩定，根據泵房的現狀，在管路出口處安裝一塊電接點壓力表，一旦壓力超過0.25mpa，機組水門將自動關閉，以避免因調速系統故障，電機突然轉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
整個調速節能改造工程總投資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記錄的分析，與改造前相比較，節電效果顯著。
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進行了統計，詳見附表。由于99年2月6日～2月10日為調試階段，2月～5月份調速機組連續運行時間較短，2#、3#機組交替運行，所以只能選取有代表性的幾組數據進行說明。
5 結束語
此泵房機組運行狀況首先受外部管網壓力限制，按要求出口壓力應保持在0.20mpa以下，致使泵房不得不壓量運行，見表2。
表2 泵房機組運行參數統計對比表
從表2中可看出:
(1) 如果日送水量保持在5萬m3以上時，則節電效果較好，能達到預期目的，即日節電量為2400kwh左右;但如果水量在2～3萬m3/h之間時，工況點不在高效區內，節電不明顯。
(2) 目前2#調速機組運行狀況良好，全天連續運行。泵房日送水量的多少仍受外部四大廠家需求影響，所以調速電機未能發揮出最大潛力。但以現在的運行狀況來看，節電量在30%左右。
(3) 通過對泵房2#調速機組的跟蹤測算，99年節電15.2萬元，2000年節電37.4萬元，2001年節電40萬元，2002年節電40.7萬元。此調速節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年底基本上已預計收回投資，達到節能降耗的目的。
參考文獻
[1] 《鋼鐵企業電力設計手冊》編委會. 鋼鐵企業電力設計手冊[m]. 北京:冶金工業出版社,1996.
[2] 機械電子工業部天津電氣傳動設計研究所.電氣傳動自動化技術手冊[m].北京:機械工業出版社,1992.
作者簡介
喬 岳(1971-) 工程師/學士 1994年畢業于遼寧工學院，現任職于沈陽市熱力工程設計研究院。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
