1概述大型軸流泵和立式導(dǎo)葉式混流泵是我國大型泵站的主要泵型，目前這些泵普遍采用變角調(diào)節(jié)的方法來改變水泵的工況。從工程實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，半調(diào)節(jié)軸流泵由于葉片角度的調(diào)節(jié)為有級調(diào)節(jié)，而且操作時(shí)極為不便，應(yīng)用中較少調(diào)節(jié)。有些泵站由于長期不調(diào)節(jié)引起機(jī)構(gòu)銹蝕而失去調(diào)節(jié)功能。全調(diào)節(jié)軸流泵和立式導(dǎo)葉式混流泵必須采用葉片全調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)才能得以實(shí)施，致使水泵機(jī)構(gòu)復(fù)雜；如采用油壓全調(diào)節(jié)的場合，還必須配套油壓設(shè)備，占地面積大；機(jī)構(gòu)全調(diào)節(jié)系統(tǒng)又不可靠。近十幾年來由于水情的變化較大，低揚(yáng)程和高揚(yáng)程的變化幅度達(dá)到一倍以上。另一方面，在排灌結(jié)合的泵站，灌溉揚(yáng)程和排澇揚(yáng)程往往相差也很大，采用變角調(diào)節(jié)所能改變的揚(yáng)程范圍較小，很難滿足工況調(diào)節(jié)的需要。而變頻調(diào)速運(yùn)行能全自動跟蹤負(fù)荷的變化，隨時(shí)調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行工況，使機(jī)組時(shí)刻處于比較優(yōu)狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能目的。

　　2大型水泵調(diào)速運(yùn)行特性變頻調(diào)速是通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)泵性能的一種方法。根據(jù)水泵比例相似定律可知，同一臺水泵的工作參數(shù)與轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系：水泵轉(zhuǎn)速（1/min）。

　　當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速變化時(shí)，其流量、揚(yáng)程、軸功率等也相應(yīng)變化，而轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，其水泵效率變化不大。因此，可通過改變水泵轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)水泵運(yùn)行工況，使機(jī)組運(yùn)行在高效區(qū)。

　　水泵變頻調(diào)速運(yùn)行與變角調(diào)節(jié)運(yùn)行不同，變角調(diào)節(jié)主要是以調(diào)節(jié)流量為主，當(dāng)葉片角度變化后，高效點(diǎn)的揚(yáng)程改變很小，角度變化太大，將會引起泵內(nèi)流態(tài)紊亂、二次回流加、效率下降。而變頻調(diào)速運(yùn)行主要以調(diào)節(jié)揚(yáng)程為主，當(dāng)轉(zhuǎn)速改變時(shí)，比較高效率點(diǎn)的揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速平方成正比的規(guī)律而變化，有著非常明顯的調(diào)節(jié)揚(yáng)程能力。例如32ZLB100泵，變角調(diào)節(jié)時(shí)，在從+60到一60的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，揚(yáng)程變化的幅度僅8%，流量可以相差一倍，其調(diào)節(jié)流量的能力是非常明顯的；變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，如轉(zhuǎn)速變化20%流量將加20%而揚(yáng)程卻大44%因此，在水泵比較大揚(yáng)程與比較低揚(yáng)程變化幅度較大，或灌溉揚(yáng)程與排澇揚(yáng)程相差較大時(shí)，僅僅依靠軸流泵的角度調(diào)節(jié)是不夠的。而根據(jù)泵站工況的變化設(shè)定相應(yīng)的水泵轉(zhuǎn)速，即可實(shí)現(xiàn)水泵的優(yōu)化運(yùn)行。與變角調(diào)節(jié)相比，變速調(diào)節(jié)運(yùn)行具有調(diào)節(jié)范圍寬、調(diào)節(jié)效率高、調(diào)節(jié)方法簡單以及可以簡化水泵結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

　　3大型水泵變頻調(diào)速技術(shù)電動機(jī)變頻調(diào)速是通過改變定子輸入電流的頻率來改變氣隙磁場旋轉(zhuǎn)速度，從而改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的。

　　由于大型軸流泵大多采用高壓大容量低速同步電動機(jī)直接傳動，變頻調(diào)速己成為水泵調(diào)速的重要發(fā)展方向。它具有調(diào)速效率高、調(diào)速范圍寬、能四象限可逆運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，變頻裝置占地面積小，安裝靈活，無須改動泵站原有電動機(jī)和機(jī)組本身。因此，變頻調(diào)速不僅適用于新建泵的運(yùn)行，而且也非常適用于老泵站的技術(shù)改造。

　　近二十年來交流變頻調(diào)速技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在大容量或惡劣環(huán)境中，正在逐步替代直流調(diào)速系統(tǒng)。交流變頻調(diào)速主要有兩類：一類是交一交變頻調(diào)速，它僅有一級功率變換，效率高，低頻脈動小。缺點(diǎn)是比較高輸出頻率一般不超過電網(wǎng)頻率的1/2~ 1/3，所用元件多，功率因數(shù)低。一般適用于大功率低速同步發(fā)電機(jī)，如大型軋鋼機(jī)、電動車輛等。另一類是交一直一交變頻調(diào)速，它具有輸出頻率范圍寬、功率因數(shù)高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，通常是中、小功率變頻調(diào)速的首選方案，而且國內(nèi)外都己有大功率產(chǎn)品的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。

　　泵站高壓大容量同步電動機(jī)的調(diào)速，主要采用交一直一交電流型變頻調(diào)速。它的主回路由晶閘管速流器、直流濾波電抗器和逆變器組成，通過安裝在轉(zhuǎn)子軸上的位置檢測器控制轉(zhuǎn)速，保證變頻輸出頻率和電動機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持同步，不存在失步和振蕩現(xiàn)象。這種步頻器結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)快、可靠性高、可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，泵站反向發(fā)電運(yùn)行時(shí)，無需改動主機(jī)接線。

　　4泵站變頻調(diào)速運(yùn)行節(jié)能分析實(shí)例高港泵站是江蘇省蘇北地區(qū)的大型泵站之一，對泰州引江河工程的水源進(jìn)行控制。該泵站集自引自排等功能于一身，一期工程安裝三臺3000ZIQ（B）125半調(diào)節(jié)軸流泵，設(shè)計(jì)流量34m3/S，設(shè)計(jì)揚(yáng)程4.0m.主機(jī)采用TL2000?40/3250同步電動機(jī)，額定功率2000kW，額定轉(zhuǎn)速150r/min額定電壓10kV.高港泵站緊靠長江，離入海口亦不遠(yuǎn)，由于受潮汐影響，機(jī)組的運(yùn)行揚(yáng)程變化頻繁，至少每天4次。因此，要使機(jī)組高效運(yùn)行，靠半調(diào)節(jié)泵的葉角調(diào)節(jié)是不可能的，即使是全調(diào)節(jié)軸流泵，也很難使機(jī)組時(shí)刻處于高效區(qū)運(yùn)行。于是泵站決定采用變頻調(diào)速裝置。考慮到目前國內(nèi)大型電力排灌泵站還沒有應(yīng)用變頻調(diào)速裝置的先例，為此對機(jī)組變頻調(diào)速運(yùn)行進(jìn)行了較為詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)效益分析。

　　按設(shè)計(jì)要求，高港泵站年抽排天數(shù)為40天，年抽引天數(shù)為60天。在實(shí)際揚(yáng)程低于泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程時(shí)，通過降速運(yùn)行，可使單位流量消耗的功率減小，裝置效率提高，降低運(yùn)行費(fèi)用，但另一方面，降速后流量也成比例減少。經(jīng)濟(jì)效益分析表明，降速不超過60%時(shí)，是比較經(jīng)濟(jì)的，再繼續(xù)降低轉(zhuǎn)速，則運(yùn)行費(fèi)用的降低補(bǔ)償不了流量下降所減少的效益值，總的經(jīng)濟(jì)效益又有所下降。高港泵站實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速后抽排裝置效率平均提高3.75%，抽引裝置效率提高16.62%~21.18%，年節(jié)約電能103.2萬kW.h按電能單價(jià)0.5元/kW.h，年節(jié)約電費(fèi)51.6萬元。高港泵站變頻設(shè)備實(shí)施費(fèi)用估計(jì)約需400萬元，按靜態(tài)計(jì)算不到8年即收回投資，而且據(jù)計(jì)算，內(nèi)澇嚴(yán)重時(shí)，還可提速加排澇流量近8m3/s，又將產(chǎn)生一定的社會效益。如對于年利用小時(shí)數(shù)較高的泵站，其效益更為顯著。

　　5結(jié)語大中型泵站采用變頻調(diào)速后，水泵選型時(shí)可以采用結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜的固定式軸流泵代替變角調(diào)節(jié)的軸流泵和立式導(dǎo)葉式混流泵，加上變頻調(diào)速的節(jié)能效果，其經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。變頻調(diào)速在我國大中型泵站中是一項(xiàng)值得推廣的重大節(jié)能技術(shù)有著非常廣闊的應(yīng)用前景。