浅谈高压变频技术在大型多梯级提水泵站中的应用

武昱翰

（甘肃省景泰川电力提灌管理局,甘肃 景泰 730400）

1 项目背景

景泰川电力提灌工程（以下简称景电工程）属于甘肃省大型水利提灌工程项目，自身带有高扬程、多梯级、大流量等特征，作为典型的大Ⅱ型提灌工程项目，其同时跨越了不同省份[1]。二期工程早在20 世纪80 年代中期已经动工建设，80 年代后期顺利投入使用。最初水流量设计为每秒钟18 m3，后将流量提升至每秒钟21 m3。而最近两年内，受客观因素影响，每秒最大流量已经达到25 m3，提水量也相对更大；目前，其修建的泵站共计30 座，装机容量也达到了192700 kw；其能够同时解决34700hm2土地灌溉问题。

2 利用高压变频设备的必要性

上文中我们了解到，受景电工程项目自身特征影响，在整个供水阶段内，不同梯级泵站机组运行状态也存在很大差异，包括水流量在内，彼此之间的差异范围也基本保持在每秒0.5 m3左右。虽然技术部门应用叶轮车削等技术进行水流控制，但是始终未能达到预期效果，只能反复进行开机、关机处理，使存在问题得到相应缓解。不仅如此，景电工程的耗电规模十分庞大，其想要实现可持续发展目标，必须优先解决停机次数过多、运行成本过高等问题。

从调查信息中能够了解到，景电工程每年都要进行800～900 次的开停机操作，换算下来，每日都要进行十几台次的开停机操作。这样的行为不仅使电极绝缘强度下滑，而且很容易引发故障的形成，能耗持续提升，整个机组使用寿命也会受到极大不良影响。每一次检修都要投入成本，而且费用越来越高。从最近几年发展状况来看，高压变频设备应用行业也相对十分广泛，水泵出水量调控理论也基本满足成熟化应用要求。只是在整个黄河流域，能够满足高扬程、多梯级，且有一定规模的输水泵站基本都没有引入高压变频设备，所以无法在具体应用环节内将实际效用体现出来，而且泵站建设阶段内，很多参数都不能提供准确数据，而且泥沙水质势必对部件造成一定损坏，客观环境导致景电工程必须安装变频设备，这样才能够确保自身所提出的高效率、低成本、安全性能突出的运作需求得到全面满足。

3 高压变频工作原理

高压变频机组主要是指在安装高压变频器以后，利用变频技术对流速进行调整，电源频率不同，对应电机转速也会存在很大差异，这样即可以达到对水泵运行状态进行科学调整的目的。应用该方式进行水泵出水量的关系，从根本角度来看，计算公式即是：n=60f/p (其中，p 代表电机极对数；f 代表电机运作速率；n 代表动机的同步转速)，从中可以判断出，n 与f 之间呈现正向作用关系，随着频率持续提升，电机的转动速率也会不断上涨。而n 与p 则呈现反向作用关系，在电极极对数不断提升状态下，电极转动速率却持续下滑。但在客观因素影响下，能够调整的只有两种或者三种极对速度，而且无法满足平滑调速要求。应用高压变频模式，其能够达到降低能耗的目的，因为高压异步电动机是在改变供电频率前提下，实现对电机速度的控制；速度调整阶段内，功率低、效率高，因此成为工业发展的常用方式，同时自身也属于最为科学的速度调整方法。

4 高压变频技术在景电工程中的应用分析

现阶段，景电工程进行项目的更新改造，也从国外采购了一批知名度很高的变频器，其主要在二期工程项目中进行使用。该类高压变频器都是通过对变压器的控制，实现电流的转变，而后利用三相可控硅整流技术实现对电流的管理，最后在晶体管以及逆变器充分发挥自身作用条件下，形成了690 V 交流电，驱动泵站电机所需要的6 kV 电源也是在此过程中逐步形成的。

4.1 有效调节泵站之间的不平衡流量

高压变频器的调频精度一般设定为0.01Hz，其可以在规定范围内通过平滑方式进行调整[2]。只是具体调频阶段内，如果频率过低，水泵会停止出水，因此要结合实际需要，在众多运行方式中进行科学选择，机组频率是影响调整范围的重要因素。水泵在具体水位设计阶段，扬程、机组运行模式等会导致变频范围与流量控制范围有所差异，应当以高效运行要求为核心，设定具体的频率调整范围，这样才能够避免水泵出现脱离高效区运作状态，同时确保泵站流量也可以达到相互匹配要求。

4.2 减少资源浪费、提高效率

变频技术与高压变频器在水流调整阶段内广泛应用，其有助于实现最大化节能目标。对比安装前后数据，开停机频率大幅度降低，系统总耗电量也出现大幅度下滑，此外，在变频设备器内部滤波电容影响下，无功损耗得到了有效控制，这些都能够促进电网有功功率全面增长。

变频技术不仅可以改善泵站存在的资源利用率低等问题，同时还能够提升整体运行效益，合理控制物资损耗，避免产生严重噪音，更为关键的即是调水质量、调水效率均得到不同程度的改善。应用变频技术以后，不必采用输入谐波滤波器等装置，即可以达到节约成本的目的。而且年度调水量节能方面也会有更为突出的表现。

4.3 提高运行的安全性、可靠性

变频设备满足软启动电动机要求，其能够从工频直接向变频模式转化。在低频环境下启动电机，不仅不会产生巨大热量，而且绝缘老化速率也会全面下滑。此外，变频机组在出水管道也能够避免出现冲击、压力过大等现象，因此不会出现管道破裂等问题。对比应用变频调速技术的前后数据信息，我们不难看出，对于大规模泵站而言，如果能够成功应用高压变频器，调水规模会更为精准，而且产生的谐波污染也相对较低，改善输入功率因数条件下，安全运作目标也能够最终实现。

4.4 为实现“少人值守、无人值班”提供有力依据

调水变频调速系统能够二十四小时持续运作，而且系统进入工频状态以后，在泵口压力值达到标准以后，通过工频机组的启动，达到合理控制水量的目标。此种状态下，系统自动对水流量进行管理，变频系统始终在固定值范围内运转；接到调度指令以后，机位上即可以进行定值的调整，避免调水精确性出现问题。对于景电工程项目而言，变频调速系统已经应用很长时间，其的确有效降低了能耗，每年节约的电能规模也超过了178 万度。而且工频电机不再频繁启停，安全隐患得到有效控制，调水效率也有了全面提升，这些都为调水节能指标达成做出了巨大贡献。

4.5 是泵站现代化、自动化控制的重要环节

变频技术与高压变频器能够在大规模泵站得到广泛应用，而且计算机技术水平持续提升，都是因为PLC 与变速调速技术的有效结合创造了良好基础条件，其将有助于泵站作用的全面发挥。变频调速系统自身具备操作简单、性能稳定、不受干扰、调水压力恒定等特征；此外，在该系统应用程度不断加深条件下，也能够满足多台水泵同时运作等要求，这样传统操作模式所存在的管网水锤效应等问题也将得到有效解决；借助于网络通信技术，能够实现对水泵机房的远程数据维护和远程控制，拓展变频器的操作灵活性并提高其工作可靠性[3]。

泵站控制系统以DCS 结构为核心，整体控制难度并不高。通过多级控制方法，虽然功能并不集中，但是系统运作稳定性方面不会存在任何问题。不仅如此，进入现代化管理阶段以后，泵站也要进行全面调整，满足数据信息共享需求，将网络系统服务器中进行数据的存入;生产数据和管理数据都在相同数据库中存档，这样便于对综合处理接收和生产的数据进行快速、方便的进行存档和查询[4]。使用双硬盘配置的服务器，避免数据安全性方面存在一定威胁;客户端和服务器以100Mb 网卡为主，这样才能够时刻保持高数据信息传输速率。

5 结束语

从实践结果中能够看出，高压变压器不仅性能突出，而且可以长期处于稳定运作状态，自身属于高效节能装置管理范畴。景电工程具备梯级泵站多、扬程高等特征，在进行变频设备引入以后，长期存在的不同泵站水量不均衡问题得到了妥善解决，而且不再需要频繁的进行机组启停，整个运行方式也将得到全面改善。综上所述，河流域高扬程多梯级泵站应当广泛应用变频调速技术，其将有助于我国大规模泵站调水技术能力得到显著提升。