內反饋調速系統在膠東調水高疃泵站運行中的應用

【摘要】簡述了內反饋高頻斬波調速系統的組成、基本工作原理、控制轉速、調節泵站流量原理等，對泵站規劃設計及安全經濟運行有重要意義。

【關鍵詞】內反饋；調速；泵站

膠東調水工程是國家南水北調東線工程的重要組成部分，從山東省濱州市打漁張引黃閘引黃河水，輸送至至威海市米山水庫，膠東調水工程與南水北調山東段共同形成山東省南北貫通、東西互濟的“T”字型調水大動脈，實現長江水、黃河水、當地水的聯合調度、優化配置，有效緩解膠東乃至全省的水資源緊缺局面。其中高疃泵站是山東省膠東調水工程第8級抽水加壓泵站，也是向威海供水的關鍵泵站，上游接暗渠，下游接通往威海的壓力管道，位于煙臺市福山區高疃鎮。高疃泵站總設計流量5.5立方米每秒，四臺水泵型號800S65機組（三備一用），水泵設計揚程65.78米，單泵設計流量1.9立方米每秒。配套電機T1700-8/1430，YRCT800-8各兩臺。其中調速機組采用的是新型內反饋高頻斬波調速系統，這也是整個泵站的關鍵設備，可以通過調速調節水泵流量，達到與上下游的流量匹配，進而實現整根系統的聯合調度運行。

一、內反饋高頻斬波調速系統的工作原理

1.設備組成

內反饋電機高頻斬波調速系統由內反饋調速電機及調速裝置組成。內反饋調速電機與普通繞線電機相比，處有定子繞組及轉子繞組外，在定子槽內，添加了一個反饋繞組，取代串級調速裝置中的外饋變壓器。內反饋電機高頻斬波調速裝置由轉子整流器、高頻斬波器、晶閘管相控逆變器及DSP控制器組成。

2.基本工作原理

高頻斬波部分是一個BOOST升壓電路

電路中的電感L和電容C值都很大。當V處于通態時，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為I1，同時電容C上的電壓向負載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓u0值為恒值，記為UO。設V處于通態的時間為ton，此階段電感L上積蓄的能量為EI1ton。當V處于斷態時E和L共同向電容C充電，并向負載R提供能量。設V處于斷態的時間為toff，則在此期間電感L釋放的能量為（UO-E）I1toff。當電路處于穩態時，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即EI1ton=（UO-E）I1toff，化簡得：UO= E 或 Uo=E 。

3.控制轉速原理

在實際運用中，通過控制電機轉速達到控制流量的目的，控制原理是：轉子的電勢為SE20，在轉子整流電路電壓平衡是，忽略二極管壓降，不考慮電路的換相重疊壓降，有Kuv·SE20=Ui+IdR，（其中Kuv：轉子電路整流系數，S：轉差率，Id：整流電流，R：等效的轉子整流電路及斬波電路總電阻，E20：轉子電路開路電壓）。在系統工作時，改變斬波占空比D即可改變轉差率S，也就改變的轉速。當增大占空比D時，等效的E降低，由于機械轉動慣量很大，電機轉速不會瞬間變化，所以電動機轉子整流電流Id很快增大，電動機電磁轉矩相應增大，電機加速，轉速升高，轉差率S下降，又使電機電流下降，電磁轉矩下降，故又在新的平衡點達到平衡。當減小占空比時亦然，S升高會在新的平衡點穩定運行，這就是高頻斬波調速系統的基本工作原理。通過改變電機轉速進而實現流量控制。

二、應用效果

高頻斬波調速的變流裝置在轉子回路中，而電機的轉子回路是低壓回路，轉子的開路電壓一般為1500V左右，而在轉子回路經調速裝置閉合工作時，一般其工作電壓只有幾百到一千伏，對單只半導體便可承受，例如高疃泵站的反饋電壓只有幾百伏，晶閘管選用的是1000伏的。這樣不但運行可靠，也可結余投資。更重要的是設備維護方便，可以在線維護。高疃泵站的調速系統運行平穩，可實現流量的無極調節，對壓力管道運行有重要意義。

三、結語

綜上所述，內反饋調速系統較好的解決了泵站調流問題，同時也可節約投資和運行成本，具有經濟、節能、安全等諸多優點，因此在今后的泵站設計及安全運行中有廣泛應用。

作者簡介：李永成 （1986.3-） 大學本科 單位：山東省膠東調水工程福山管理站