江尖水利樞紐機電傳動裝置的技術(shù)運用

成曄波 李 娟

(江蘇省無錫市水利局, 江蘇 無錫 214000)

江尖水利樞紐機電傳動裝置的技術(shù)運用

成曄波 李 娟

(江蘇省無錫市水利局, 江蘇 無錫 214000)

本文主要探討了無錫城市防洪工程江尖水利樞紐機電傳動技術(shù)的應(yīng)用和維護管理，針對具體情況，分別研究了江尖機電傳動裝置的運行性能、工作特性、運行條件、運行調(diào)節(jié)、維護和保養(yǎng)，總結(jié)了江尖水利樞紐機電傳動的技術(shù)運用經(jīng)驗和管理辦法。

水利樞紐； 機電傳動裝置； 技術(shù)運用

無錫市城市防洪工程江尖水利樞紐是無錫城市防洪大包圍八大樞紐之一,位于江尖大橋與黃埠墩之間的古運河上, 擔(dān)負著城市防洪、排澇和改善水環(huán)境的任務(wù)，是一項集多項功能于一體的綜合水利樞紐工程。該工程按200年一遇防洪標準設(shè)計。工程主要由1座60m3/s的泵站及3孔凈寬25m的節(jié)制閘組成。江尖水利樞紐機電傳動裝置由電動機、控制設(shè)備、傳動機構(gòu)、水泵和電源組成，其采用3臺2500ZGB—20型豎井式貫流泵與YKS560—8型10KV高壓異步電動機。工程自2006年7月投運以來，實現(xiàn)了巨大的經(jīng)濟和社會效益，本文就該樞紐的機電傳動技術(shù)應(yīng)用和維護管理作一些探討總結(jié)。

1 異步電動機的運行性能和工作特性

高壓三相異步電動機定子由電網(wǎng)吸收電能，然后把電能轉(zhuǎn)換成機械能，后由轉(zhuǎn)子軸輸出給水泵。異步電動機性能優(yōu)越度由下列幾項參數(shù)決定。

b.功率因數(shù)cosφ，指定子邊的功率因數(shù)cosφ1，其中φ1是定子相電壓U1和相電流I1的相位差。功率因數(shù)高低直接影響電氣設(shè)備的利用率。電動機運行時，除了從電源吸收有功功率外，還吸收無功功率。功率因數(shù)低意味著從電源處多吸收無功功率，這會加重電網(wǎng)負擔(dān)，降低設(shè)備的利用率。由于江尖樞紐電動機功率因數(shù)在0.8左右，未達到國家電力部門的要求，因此采用并聯(lián)高壓電容器無功補償技術(shù)以提高功率因數(shù)。

c.最初啟動轉(zhuǎn)矩TS，這直接關(guān)系到電動機的正常啟動。

d.啟動電流IST，啟動電流太大，會使供電線路壓降增大，電壓降低，影響電動機的壽命和正常使用。

e.最大轉(zhuǎn)矩Tmax和最小轉(zhuǎn)矩Tmin。

以上技術(shù)指標均是設(shè)計電機時考慮計算的，在機電傳動實際啟用時，還需進行試驗檢查。高壓異步電動機在額定電壓和額定頻率下運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n、輸出轉(zhuǎn)矩T2、定子電流I、 效率η、功率因數(shù)cosφ隨輸出功率P2而變化的關(guān)系，稱之為電動機的工作特性，這些數(shù)據(jù)是判斷電動機是否處于正常工作狀態(tài)的依據(jù)。

規(guī)定要求水利泵站啟動時對電網(wǎng)造成的電壓降不超過額定數(shù)值的10%(長期運行不超過5%)，并且啟動功率不超過供電設(shè)備及電網(wǎng)的過載能力，啟動時動穩(wěn)定電流和熱穩(wěn)定電流符合電動機和啟動設(shè)備規(guī)定的要求。達到以上條件后，高壓異步電動機在水利泵站中常采用全壓啟動，同時采用機械方式來制動。

在水利泵站中也有采用三相高壓同步電動機作為機電傳動設(shè)備的，同步電動機由于可以通過改變勵磁電流來調(diào)節(jié)功率因數(shù)，所以節(jié)能效果比較明顯，但由于要使用較為復(fù)雜的勵磁裝置，故江尖水利泵站未采用這種方式。

2 機電傳動裝置穩(wěn)定運行的條件

在水利泵站機電傳動系統(tǒng)中，電動機與水泵連成一體。為了使系統(tǒng)運行合理，必須使電動機和水泵的機械特性盡量相配合。特性配合的最基本要求是系統(tǒng)能穩(wěn)定運行，這里面包括兩層含義：一是系統(tǒng)應(yīng)能以一定的速度勻速運轉(zhuǎn)；二是在系統(tǒng)受到外部干擾(如：電壓、負載、轉(zhuǎn)矩等波動)而使運行速度稍有變化時，應(yīng)保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到原來正常的運行速度。

機電傳動系統(tǒng)能穩(wěn)定運行的必要條件：

a.電動機的機械特性曲線n=f(Tm)和水泵的機械特性曲線n=f(T2)有交點(即拖動系統(tǒng)的平衡點)。

b.當(dāng)轉(zhuǎn)速大于平衡點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時，TmT2，即干擾使轉(zhuǎn)速下降時，當(dāng)干擾消除后應(yīng)有Tm-T2>0。這樣的特性配合是機電傳動系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)。

3 水泵的運行調(diào)節(jié)

江尖樞紐采用3臺豎井式貫流泵，單列布置，機組中心距8.2m，電機與水泵通過齒輪減速箱傳動。水泵依靠旋轉(zhuǎn)葉輪對液體的動力作用，把能量連續(xù)傳遞給液體，使其動能增加，隨后在壓出室把部分動能轉(zhuǎn)化成壓力能，將液體排出。它的基本參數(shù)有：

a.流量Q：指單位時間內(nèi)通過水泵的液體體積，單位是m3/s，江尖泵站為單臺20m3/s。

b.揚程H：指單位重量液體從進泵前列到進泵后列所獲得的能量。

c.轉(zhuǎn)速n：指泵軸每分鐘轉(zhuǎn)動次數(shù)，單位r/min。

d.有功功率P0：指每秒鐘內(nèi)液體經(jīng)水泵獲得的總能量，單位kW。

e.效率η：指有功功率與軸功率之比。

水泵在運行時，若其流量隨需要而變化時，必須對水泵進行調(diào)節(jié)。由于水泵是由異步電動機拖動，所以常采用變速調(diào)節(jié)，通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來改變其特性曲線，從而改變其工作點，達到改變流量的目的，這樣可大大節(jié)省電能。

4 機電傳動裝置的運行維護及保養(yǎng)

為確保機電傳動裝置長期處于最佳工作狀態(tài)，安全可靠地運行，設(shè)備的日常監(jiān)視及運行維護和保養(yǎng)就顯得非常重要。經(jīng)過長期的工作實踐及每日的例行巡視檢查，總結(jié)出以下一些工作經(jīng)驗供探討。

a.電動機周圍環(huán)境應(yīng)保持清潔。外殼應(yīng)無塵、無污、無銹，嚴防水滴、油污、粉塵落入電機內(nèi)。接線盒應(yīng)防潮，壓線螺栓應(yīng)緊固，有損壞及時更換。

b.定期檢查電源電壓和電流變化情況。一般電動機運行電壓為額定電壓±5%，三相電壓差不得大于5%，各相電流不平衡不得超過10%，并且要嚴防出現(xiàn)斷相運行。

c.定期檢查電動機的溫升，常用溫度計測溫升不得超過最大允許值。

d.正常的電動機運行應(yīng)平衡無雜音，外側(cè)軸承密封良好，運行時無雜音，觀察其音響、氣味、振動情況及傳動裝置。

e.利用兆歐表定期檢測繞組的絕緣電阻，在小于0.5MΩ時，應(yīng)進行干燥處理，如繞組絕緣老化，應(yīng)視其老化程度采用浸絕緣漆，干燥或更換繞組。

f.由于電動機的定子是通過軸承來支持整個轉(zhuǎn)子的，因此軸承是電動機中唯一承受嚴重機械磨損而負載最重的部件，其發(fā)生故障的概率是電動機機械故障中最大的，所以是維護保養(yǎng)的重點。軸承需定期更換潤滑油，正常情況下潤滑油應(yīng)保持在腔內(nèi)1/2～1/3。定子和轉(zhuǎn)子間的間隙要保持均勻，軸承若有松動、磨損應(yīng)及時更換(一般滑動軸承不得超過1000h，滾動軸承不得超過500h)。尤其要注意，添加及更換潤滑油時應(yīng)盡量采用同一型號，若更換型號時要將原有油脂清洗干凈。

g.電動機的合理運行是保證安全可靠、使用壽命長的重要條件。值班人員應(yīng)每日作好巡視檢查記錄。

h.水泵的維護保養(yǎng)極為重要。若發(fā)現(xiàn)水泵的汽蝕和振動，應(yīng)按改善水泵汽蝕和降低振幅的要求進行調(diào)節(jié)。在寒冷冬季，要注意水泵有關(guān)部件的防凍。

總之，機電傳動裝置在江尖水利樞紐運行多年來，體現(xiàn)了明顯的優(yōu)越性和可靠性。獲得了很多運行經(jīng)驗和管理辦法，今后還需不斷總結(jié)更多經(jīng)驗，使之更好地應(yīng)用于更多水利工程。

[1] 武漢水利電力學(xué)院.水泵和水泵站[M].北京：水利出版社，1981.

[2] 斯洛博丹N烏克塞維克.電機[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.

Technical application of mechanical and electrical drive device in Jiangjian Key Water Control Project

CHENG Yebo, LI Juan

(JiangsuWuxiWaterConservancyBureau,Wuxi214000,China)

In the paper, the application and maintenance management of mechanical and electrical drive technology in Jiangjian Key Water Control Project of Wuxi Urban Flood Control Project are mainly discussed. The operation performance, working properties, operation conditions, operation adjustment, maintenance and repair of mechanical and electrical drive device in Jiangjian are studied respectively. The technical application experience and management methods of mechanical and electrical drive technology in Jiangjian Key Water Control Project are summarized.

key water control project; mechanical and electrical drive device; technical application

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.02.019

TV734

B

1005-4774(2017)02- 0072- 02