采用低压电对高压电动消防泵进行巡检的装置及实现方法与流程

本发明涉及一种高压电动机低压低速运行技术，具体涉及一种采用低压电对高压电动消防泵进行巡检的装置及实现方法。

技术背景

电动机消防泵一般由电动机(原动机)、泵头及其他附件组成，其为建筑消防管网供水，是整个消防给水系统的心脏，随着建筑体量的增大，电动机消防泵配用电动机的功率不断增大，且配用高压(10kv或6kv)电动机的高压电动消防泵比例越来越高。

电动机消防泵日常长期处于备用状态，只有发生火警时才投入使用，而长期备用静置会导致叶轮锈蚀卡顿，严重时会导致发生火警时消防泵无法启动的事故，造成难以挽回的人员、财产损失，因此我国相关强制性规范要求电动机消防泵要进行巡检，巡检时使消防泵叶轮转动，检验消防泵的运行状态，防止锈蚀卡顿，以保证消防泵的正常运行。

电动机消防泵的巡检一般通过定期额定工况运行(额定电压、额定转速下运行)和自动控制变频器降频运行来实现，其中额定工况运行时消防泵出口压力为额定压力，降频运行时由于消防泵转速降低，出口压力远小于额定压力。

对于高压电动消防泵，由于其流量扬程较大，若采用额定工况运行的巡检方式，消防泵出口压力高，频繁启动会给消防管网造成较大冲击，严重时会造成消防给水系统超压，导致管网爆裂和消防给水系统失效，造成严重损失。

而高压电动消防泵若采用变频器降频巡检，则需增加变频器投入，尤其是高压大功率变频器，其造价昂贵，会大大增加使用成本。

因此，现有技术存在的问题会制约相关规范的执行，严重时会导致消防隐患，危险人员和财产安全。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的问题，本发明提供了一种采用低压电对高压电动消防泵进行巡检的装置及实现方法，既可以满足高压电动消防泵额定工况下的运行要求，又可以实现对高压电动消防泵运行电压≤1kv，运行转速≤1/10额定转速的低压低速巡检，有效降低巡检时管路压力。同时使用的降频模块与三相升压变压器均为低压配件与设施，且其配置功率只需为适配高压电动消防泵额定功率的2％，大大降低了使用成本。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种采用低压电对高压电动消防泵进行巡检的装置，其特征在于：包括降频模块、三相升压变压器、高压真空接触器ⅰ、高压真空接触器ⅱ、机械联锁可逆交流接触器；

50hz/10kv或50hz/6kv的三相工频高压电源与高压真空接触器ⅱ主回路输入端相连；50hz/380v的三相工频低压电源依次通过降频模块和三相升压变压器后与高压真空接触器ⅰ主回路输入端相连；

高压真空接触器ⅰ和高压真空接触器ⅱ的主回路输出端与高压电动消防泵相连；

高压真空接触器ⅰ的控制电路与机械联锁可逆交流接触器的输出2脚相连，高压真空接触器ⅱ的控制电路与机械联锁可逆交流接触器的输出1脚相连；机械联锁可逆交流接触器的输入端与控制电路电源相连；

高压真空接触器ⅰ和高压真空接触器ⅱ通过机械联锁可逆交流接触器实现高压真空接触器ⅰ主回路闭合时，高压真空接触器ⅱ主回路断开；高压真空接触器ⅱ主回路闭合时，高压真空接触器ⅰ主回路断开的联锁关系。

一种采用低压电对高压电动消防泵进行巡检装置的实现方法，步骤如下：

高压电动消防泵在额定电压、额定转速条件下的额定工况运行时，通过机械联锁可逆交流接触器控制高压真空接触器ⅱ主回路闭合，高压真空接触器ⅰ主回路断开，三相工频高压电源通过高压真空接触器ⅱ接入高压电动消防泵进行额定工况运行；

高压电动消防泵低压低速巡检运行时，通过机械联锁可逆交流接触器控制高压真空接触器ⅰ主回路闭合，高压真空接触器ⅱ主回路断开，50hz/380v的三相工频低压电源通过降频模块降压降频后输出为5hz/38v，再通过三相升压变压器升压后输出为5hz/1kv或者5hz/0.6kv，最后通过高压真空接触器ⅰ接入高压电动消防泵进行运行电压≤1kv，运行转速≤1/10额定转速的低压低速巡检；

降频模块为固定输出频率与电压特性的变频器，低压低速巡检运行时，在0-t1的启动过程中，降频模块的起始输出频率为“0”，起始输出电压是19v；在t1-t2低压低速巡检过程中，频率变比是10:1，电压变比也是10:1；降频模块可以使用通用变频器并设置矢量控制的方式代替；降频模块的配置功率至少为适配高压电动消防泵额定功率的2％；

适配额定电压10kv的高压电动消防泵时，三相工频高压电源为10kv，三相升压变压器的升压变比为38：1000，其输出为5hz/1kv；适配额定电压6kv的高压电动消防泵时，三相工频高压电源为6kv，三相升压变压器的升压变比为38：600，其输出为5hz/0.6kv；三相升压变压器的配置功率至少为适配高压电动消防泵额定功率的2％。

本发明的有益效果是：本发明针对消防行业高压电动消防泵巡检存在的实际问题，提供了一种采用低压电对高压电动消防泵进行巡检的装置及实现方法。相比现有技术存在高压电动消防泵额定工况运行时消防泵出口压力高、消防管网冲击大和变频器降频巡检技术使用成本高的缺点，本发明提供一种高性价比的解决方案，既能满足高压电动消防泵在额定工况下的运行要求，又能直接使用50hz/380v三相工频低压电源进行低压低速巡检，在大大降低使用成本的同时，有效降低巡检时管路压力，起到保护保护消防管网的目的。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图；

图2是本发明降频模块频率/电压-时间关系曲线的示意图。

具体实施方式

实施例1：下面结合图1和图2，以对500kw/10kv高压电动消防泵实施低压低速巡检为例，来对本发明进行进一步阐述。

50hz/10kv的三相工频高压电源1与高压真空接触器ⅱ8主回路输入端相连；50hz/380v三相工频低压电源2依次通过降频模块3和三相升压变压器5与高压真空接触器ⅰ7主回路输入端相连；高压真空接触器ⅱ8和高压真空接触器ⅰ7的主回路输出端与高压电动消防泵9相连。

高压真空接触器ⅰ7的控制电路与机械联锁可逆交流接触器10的输出2脚相连，高压真空接触器ⅱ8的控制电路与机械联锁可逆交流接触器10的输出1脚相连；机械联锁可逆交流接触器10的输入端与控制电路电源11相连。

高压真空接触器ⅰ7与高压真空接触器ⅱ8通过机械联锁可逆交流接触器10实现高压真空接触器ⅰ7主回路闭合时，高压真空接触器ⅱ8主回路断开；高压真空接触器ⅱ8主回路闭合时，高压真空接触器ⅰ7主回路断开的联锁关系。

确定各部件参数过程如下：

设定高压电动消防泵9低速巡检时转速为额定转速的10％，则根据异步电机转速与电源频率间的正比关系：

其中：fx电源频率，hz，

nmx电源频率为fx时转速，r/min，

p：为电机极对数，例如四极电机的p＝2，

s：异步电动机的转差率，

确定降频模块(3)的频率变比为10:1。

根据下列公式确定降频模块(3)的电压变比：

a)三相电动机的输入功率计算公式：

其中：plx电源频率为fx时的输入功率，kw，

ulx电源频率为fx时的线电压，v，

il相电流，a，

cosφ1定子功率因数。

(b)电动机机械输出功率：

其中：pmx电源频率为fx时轴上的输出功率，kw，

tm电动机的转矩(与负载转矩相平衡)，ngm，

nmx电源频率为fx时转速，r/min。

根据公式(a)、(b)可知，在其他条件不变的情况下，电源频率下降导致电动机转速下降，从而导致输出功率大幅度下降；

而电动机的输入功率与电源频率之间无直接关系，因此若只降低电源频率，而不降低电压，会导致电动机无效功率大大增大，磁通大幅增加，电动机的磁路将严重饱和，导致励磁电流激增且波形发生严重畸变。

为维持输入功率与输出功率的平衡，在降低电源频率的同时降低电源电压，即降频模块3采用10:1的频率变比的同时，采用电压变比也是10:1。同时根据上述结论，设定三相升压变压器5的升压变比为38：1000，则其输出为5hz/1kv。

另外在采用10:1的频率变比后，会大幅降低电动机的交流阻抗，同时也大大降低了电动机的转矩，这将导致电动机启动困难，为了改善启动转矩，降频模块3具有起始电压与频率不同步的输出特性，图2中，0-t1为启动过程t1-t2为低压低速巡检过程，在启动过程中，降频模块3的起始输出频率是“0”，输出起始电压是19v，这样可以保证高压电动消防泵在低压低速巡检时具有良好的启动特性；同时，降频模块3可以使用通用变频器并设置矢量控制的方式代替固定输出频率与电压特性的变频器。

根据离心泵流量、扬程、轴功率与转速间的关系，确定降频模块3与三相升压变压器(5)的配置功率：

其中，q、h、n、n分别表示水泵流量、扬程、轴功率和转速；

若将水泵的运行转速降低至10％，则其轴功率为额定功率的即1％，但是采用10:1的频率变比后，会大幅降低电动机的交流阻抗，但不会影响其直流电阻，从而会出现以下现象：

①直流电阻使电动机的铜损耗功率增加；

②交流阻抗降低使电动机的转矩大幅度减小，从而导致其转差率增大；

③转差率增大，同时功率因数角度也增大而导致功率因素下降，无功功率增大；

因此降频模块3与三相升压变压器5的配置功率需要考虑高压电动消防泵降频使用后电动机铜损耗功率和无功功率的增加，不能按理论计算的额定功率的即1％作为配置功率的依据，须增加低频巡检运行时电动机铜损耗功率和无功功率损失；

降频模块3与三相升压变压器5的配置功率至少为高压电动消防泵额定功率的2％，即本实施例中降频模块3与三相升压变压器5的配置功率至少应为10kw。

具体运行步骤如下：

高压电动消防泵9在额定电压、额定转速条件下的额定工况运行时，通过机械联锁可逆交流接触器10控制高压真空接触器ⅱ8主回路闭合，高压真空接触器ⅰ7主回路断开，三相工频高压电源1通过高压真空接触器ⅱ8接入高压电动消防泵9进行额定工况运行。

高压电动消防泵9低压低速巡检运行时，通过机械联锁可逆交流接触器10控制高压真空接触器ⅰ7主回路闭合，高压真空接触器ⅱ8主回路断开，50hz/380v的三相工频低压电源2通过降频模块3降压降频后输出4为5hz/38v，再通过三相升压变压器5后输出6为5hz/1kv，最后通过高压真空接触器ⅰ7接入高压电动消防泵9进行运行电压1kv，运行转速≤1/10额定转速的低压低速巡检。

实施例2：下面结合图1和图2，以对300kw/6kv高压电动消防泵实施低压低速巡检为例，来对本发明进行进一步阐述。

实施例2与实施例1电路原理、部件参数确定过程及运行步骤相同，区别在于：

三相工频高压电源1为50hz/6kv；三相升压变压器5的升压变比为38：600，其输出6为5hz/0.6kv；降频模块3与三相升压变压器5的配置功率至少应为6kw；高压电动消防泵9低压低速巡检运行时运行电压0.6kv，运行转速≤1/10额定转速。

高压真空接触器ⅰ7和高压真空接触器ⅱ8型号为：ckg4或jcz5。

机械联锁可逆交流接触器10的型号为：cjx2-nf。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种采用低压电对高压电动消防泵进行巡检的装置及实现方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。