1 简介
1.1 水锤
水输送过程中, 由于水泵突然停车, 使流速发生突然变化, 同时压强产生大幅度波动的现象。由水锤产生的瞬时压强可达管道中正常工作压强的几十倍甚至于数百倍, 可以破坏管道、水泵、阀门, 并引起水泵反转。
1.2 电厂渗漏排水系统
作用是将地下厂房的岩体渗漏水、机组排水汇集到集水井中, 再由排水泵抽到厂外。这是一套不能停运的系统, 其故障会导致水淹厂房的事故。由于排水泵出口至调压井出口高程差是80m, 长距离、高落差的排水管路极易引发水锤。
1.3 泵控阀
以色列生产的740S型泵控阀门安装在水泵出口, 采用管路水压进行缓闭的工作方式, 依靠水压的变化, 自动调整开关时间, 减小水锤冲击。
1.4 电机软启动器的停车方式
通过转矩控制减速。这种停机方式可以用于液压瞬变的阻力, 以便显著减弱水锤。
具体的说:停车时, 三相晶闸管降低电压, 从而减小转矩, 转速在负载阻力下逐渐降低, 达到软停车的目的。
2 故障现象
渗漏排水泵在停泵过程中, 出口压力下降缓慢, 电机先于泵控阀关闭, 水流流速瞬时将为0, 巨大的水锤撞击在水泵本体上, 使水泵反转。现已经迫使一台渗漏排水泵停运, 另有两台渗漏泵受到不同程度的损伤, 交替作解体检查。由于渗漏泵受损导致渗漏排水系统带病运行, 埋下水淹厂房的事故隐患。
注:S是位置阀门指示开关, S10是电磁阀
3 原因分析
设想从两个角度分析, 如果泵出口的泵控阀可以先于电机关闭, 那么水锤不会撞击在泵体上;如果电机可以均匀降低转矩, 那么流速不会发生突然变化, 水锤也就不会发生。沿着这个思路展开分析。
3.1 渗漏排水泵修后出口压力上升, 泵控阀关闭时间减缓
3.2 电机软启动器停车方式不能均匀降低转矩
3.2.1 电机的转矩变化曲线对比
理想的力矩变化曲线应该是一条下降的减速力矩斜坡, 在受控减速过程结束时力矩已经降到40%～20%。
然而通过试验发现, 实际的力矩变化曲线是非线性的, 在受控减速阶段1s～15s内, 力矩降到70%, 但是在最后2s快速降到0, 加剧了水锤的发生。
3.2.2 理想和实际的力矩曲线不一致的原因分析
三相异步电动机的电磁转矩与电源电压的平方成正比, 电机停车时电压下降, 转子输出转矩也要下降, 只要所带负载不变, 其转速必然要降低, 转差率S增加, 转子回路感应电动势升高, 电流上升, 通过磁路耦合, 定子感应电流也相应增加, 此时转子输出电磁转矩因感应电流增加而增加, 和电压降低前基本保持一致。因此, 理想的转矩均匀下降曲线是在电机负载降低的前提下得到的。然而渗漏排水系统管路高程大、静压高, 负载恒定不变, 所以转矩曲线不是理想状态。
3.3 结论
(1) 740S型泵控阀门采用的管路水压缓闭的工作方式对水压要求较为苛刻, 水压过低, 阀门打不开;水压过高, 阀门关不上。
(2) 管网压力恒定环境下, 电机力矩不可能均匀下降, 对应泵出口压力不能均匀下降, 进一步导致泵控阀不能正常关闭。
水泵在恒定负载的下, 依靠泵控阀水压缓闭方式和软启动器的减速力矩斜坡均不能有效消除水锤, 只有通过电控关闭泵控阀的方式可以解决。
4 处理方法
在泵控阀上增加电控排水回路。停泵前, 由电磁阀控制泵控阀关闭, 逐步降低管线压力。当阀门接近完全关闭时, 阀上的限位开关传输信号给水泵控制面板, 关闭水泵电机。从而避免电机突然停止, 泵控阀关闭不及, 而产生水锤破坏的事故。
4.1 安装泵控阀排水电磁阀和位置指示开关
图1是电磁阀失磁, 上腔排水水路;图2是停泵前电磁阀励磁, 上腔进水水路。
4.2 控制说明
(1) 启泵:水泵停机状态下, 阀门在关闭位置 (开启状态) , 电磁阀不带电;水泵启动, 阀门上腔压力传递至下腔及阀后, 行程开关接点断开, 阀门开启, 正常工作。
(2) 停泵:水泵停泵时, 电磁阀 (在水泵进入停泵程序时) 同时带电, 接通上腔进水水路, 泵控阀关闭, 待位置指示开关闭合后, 停泵。
4.3 在控制面板修改PLC程序
实现上述控制逻辑。
5 效果检查
经过试验停泵, 由电磁阀控制阀门缓慢关闭, 出口压力从0.8MPa缓慢降低到0MPa, 待位置开关指示阀门已关闭完全后, 电机软停车。消除了水锤冲击。
渗漏排水系统恢复正常运行方式, 消除了水淹厂房事故隐患。
摘要：渗漏排水泵在停泵时由于水锤撞击, 造成多台次故障, 埋下了水淹厂房的事故隐患。通过分析可以得出结论:水泵在恒定负载的下, 依靠泵控阀水压缓闭方式和软启动器的减速力矩斜坡均不能有效消除水锤, 只有通过电控关闭泵控阀的方式可以解决。
关键词：水锤,渗漏排水系统,泵控阀,软启动器
参考文献
[1] 徐刚.自动控制阀门在龙滩电厂机组技术供水系统中的应用[M].水力水电技术, 8:32.
[2] 胡虔生, 胡敏强.电机学 (第2版) [M].北京:中国电力出版社, 2009, 7.