王勵濤
哈爾濱九洲電力設備制造有限公司

　　對于供水系統的水廠來說，電費占供水成本的30％左右。目前，絕大多數水泵都采用恒速電機拖動，當水量發生變化時，采用閥門節流的辦法來調節流量，因此嚴重浪費電能。在低壓系統中，國外的變頻調速器已經打入我國市場，取得了良好的節能效果，但由于電力半導體器件還不能單獨應用于高壓系統中，因此高壓變頻器的成本很高，設備投資回收期動輒近十年，所以急需調速性能好、價格低的高壓調速電機來解決大中型水泵的調速節能運行。
　　內反饋串級調速電機及其控制裝置是一種具有優良的性能價格比的調速節能產品，適合于水廠的大中型水泵調速節能運行，一般1～2年即可通過節電效益回收全部設備投資。

　　1 內反饋串級調速系統的構成及調速原理

　　內反饋串級調速系統由內反饋串級調速電機和與之配套使用的控制裝置組成。
　　內反饋串級調速電機是在國家標準系列繞線型感應電動機的定子上增設了一套三相對稱繞組，稱為調節繞組，而將原來的定子繞組稱為主繞組，為保證合理的磁負荷，適當加長電機定轉子鐵芯，以保證有效的鐵面積不變。因此其相同規格具有相同(或相近)的安裝尺寸，結構相似，便于現有水廠的調速節能改造。
　　內反饋串級調速屬繞線型感應電機轉子串附和電勢進行調速的理論范疇，該附加電勢就是由調節繞組從主繞組感應過來的電勢所提供的，通過變流系統將該電勢串入電機的轉子繞組，改變其串入電勢的大小和相位即可實現調速(如圖1所示)。同時，調節繞組吸收轉子的轉差功率，并通過與轉子旋轉磁場相互作用而產生正向的拖動轉矩，這就使電機從電網吸收的有功功率減少，主繞組的有功電流隨轉速正比變化，達到調速節能的目的。

　　內反饋串級調速系統裝有內補償裝置，它在調速電機調節繞組側進行補償，抵消變流系統產生的無功分量，直接改善電機的功率因數。

　　2 各種調速方式比較

　　2.1 高壓變頻調速
　　變頻調速是通過改變向電機供電的電源頻率來實現調速的，具有調速范圍寬，控制功能完善等一系列優點，但由于受電力半導體器件絕緣水平的限制，在高壓系統中國外多數廠家都采用"高-低-高"的變頻方案，即用變壓器將電網的高壓降至600 V左右進行變頻，然后向專用電機供電，或用變壓器升壓后供電給高壓電機運行(但要考慮變壓器的低頻運行問題)，只有少數廠家采用電力半導體器件串并聯的方案解決了高壓變頻問題，但僅其高壓變頻器造價便是高壓內反饋串級調速電機及其控制裝置成套造價的5～7倍，一次性投資巨大，設備投資回收期很長，而且對調速范圍要求不大的水廠供水泵來說，變頻調速的性能也沒有得到充分的利用。
　　2.2 傳統串級調速
　　傳統的串級調速是將普通的繞組型感應電機的轉差功率從電機轉子引出，并通過變流系統的變換后，再經逆變變壓器和高壓操作柜送回電網(如圖2所示)。由于逆變變壓器是集中繞組，對諧波的抑制能力不如內反饋串級調速電機的調節繞組(其短距和分布作用對空間諧波有很強的抑制能力)，因此其諧波污染大；由于沒有內補償系統，功率因數低。逆變變壓器的容量約為電機額定容量的一半，體積大，成本高。內反饋串級調速系統由于取消了逆變變壓器及其附屬設備的設備費用和占地，使整個調速系統結構更簡單、更緊湊，具有更高的效率和更好的可靠性。

　　2.3 液力耦合器調速
　　液力耦合器調速屬耗能型調速方式，有如下缺點：
　?、?在調速過程中有滑差損耗，該損耗最大可達電機額定功率的15％；
　?、?傳動效率隨轉速下降而降低；
　?、?故障時不能轉換到全速運行。
　　盡管該調速方式成本很低，但運行很不經濟。
　　綜上所述，內反饋串級調速2∶1的調速范圍完全能夠滿足水泵的調速節能運行，屬高效調速方式，而且設備造價較低，一般1～2年即可通過節電效益回收全部設備投資，是符合我國國情的水泵調速節能運行的理想的解決方案。

　　3 工程實例

　　盤錦遼河化工(集團)公司供水廠一車間泵房共有JSD148-4(6 kV、440 kW)電機拖動的水泵4臺套，負責供應公司的全部生產用水和生活區的生活用水，除此以外還負責供應盤錦乙烯工業公司的生產、生活用水和盤錦市雙臺子區部分生活用水，負荷變化頻繁而且幅度較大。有時開2臺泵，供水量依然不夠，只好開3臺泵，然后用閥門來控制流量；有時開2臺泵也需要用閥門來調節流量，因此造成了很大的電能浪費。1995年底對其中一臺電機進行了調速節能改造，即將其中一臺JSQ148-4電機用具有相同安裝尺寸的JRNT148-4(6kV、440kW)內反饋串級調速電機替代，電機基礎無需改變，原電纜仍可使用。1995年11月24日投入運行，經測試，采用內反饋串級調速電機及其控制裝置后，平均日節電量2266 kW·h，每年節省電費26萬元，18個月即可通過節電效益回收全部設備投資。

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