高压变频技术在注水泵节能降耗上的应用

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6KV高压变频技术节能效果在供水供电公司的研究与应用

作者：蒋俊

来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第18期

【摘要】近年来，各企业对节能降耗的研究力度越来越大，随着我国电力电子技术的发展，变频器得到了广泛的研究和应用，经过实践证明，使用变频器能够起到较大的节能效果，同时，在各行业和领域，变频技术也得到了防广泛的应用。

【关键词】电动机 变频器 节能降耗 经济效益

1 简介

青海油田供水供电公司担负着花土沟地区油田及地方的生产生活用水任务。2011年全年供转水耗电量1787万KWH，全年发电量34187万KWH，其中供转水用电量占发电量5.23%，年供转水单耗为1.6%。供转水电费约占供水车间成本费用的45%左右。公司水系统通过几年的调整改造，供转水工艺网络已经趋于合理，供转水能力和供水质量大幅提高。尤其是公司对切克里克至油砂山水站供水利用了自然落差自压运行技术改造后，节能效果明显。通过对高压变频技术原理的研究，分析国内外高压变频技术在火力发电行业和石油行业供转水应用现状，在此基础上精心比选，结合公司的实际，选用国内领先的交-交变频电机控制系统，在红柳泉进行试点：选取南翼山泵房1台400KW高压电动机进行6KV高压大功率变频器控制调节系统改造，实现与DCS有机结合，提高机泵整体自动化控制水平，最终达到节能20%的效果，有效降低供水单耗。同时，对应用效果进行全面分析研究，证明高压变频技术可在大功率转水泵电动机上应用。在青海油田总结出一套具有实际推广价值的节能降耗应用理论。

2 公司供转水耗能设备现状：

公司现有切克里克、阿拉尔两座水源站，红柳泉、沟口、油砂山三座转水站。每个站均建有高低压配电室，为供转水设备提供电源。其中切克里克6KV高压转水泵电机5x315kw运行2台，阿拉尔两座水源站6KV高压转水泵电机3x315kw运行1台，红柳泉6KV高压转水泵电机3x315kw运行1台，南翼山转水泵房6KV高压转水泵电机3x400kw运行1台，油砂山6KV高压转水泵电机4x400kw运行2台。所有水站转水泵高压电机的控制均采用常规6kv全压启动方式运行，泵压和灌水位只能靠操作工启停泵和调整出口闸门来实现，运行中存在较大的能源浪费（表1）。

变频技术在风机、泵类负载节能中的应用

摘要：本文通过变频调速在风机、水泵类设备上的应用，阐述了风机、水泵变频调速的节能原理。介绍了风机、水泵负载对变频器的性能要求。

关键词：变频器； 风机、水泵； 节能；

0. 前言

我国的电动机用电量占全国发电量的60％～70％，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。造成这种状况的主要原因是：风机、水泵等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输出功率大量的能源消耗在挡板、阀门地截流过程中。由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量、风量，应用变频器节电率为20％～50％，而且通常在设计中，用户水泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，效率低下，造成电能的大量浪费。因此推广交流变频调速装置效益显著。

1. 变频调速节能原理

1.1变频节能

由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）× H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果风机、水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：一台水泵电机功率为55KW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16KW，省电48.8％，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875KW，省电87.5％。

2.2 功率因数补偿节能

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S×COSФ，Q=S×SINФ，其中S－视在功率，P－有功功率，Q－无功功率，COSФ－功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

４２　新疆化工　２０１　０年第４期　

浅谈变频调速技术在风机、泵类中的节能应用　

周磊　

（新疆新化化肥有限责任公司，乌鲁木齐８３００９１）　

摘要：在工业生产和产品加工制造业中，风机、泵类设备应用范围广泛，其电能消耗是一笔不小的生　

产费用开支。随着经济改革的不断深入，市场竞争的不断加剧，节能降耗业已成为降低生产成　

本、提高产品质量的重要手段之一。　

关键字：变频调速；节能　

１　引言　

八十年代初发展起来的变频调速技术，正是　

顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个　

全新的智能电机时代。普通电动机只能以定速方　

式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在　

无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求　

调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效　

运行的目的。　

通常在工业生产、产品加工制造业中风机设　

备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、　

通风系统等场合。根据生产需要对炉膛压力、风　

速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工　

艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调　

节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，　

不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运　

行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损　

失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到　限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。　

从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设　

备维护、维修费用高居不下。　

泵类设备在生产领域同样有着广阔的应用空　

间，提水泵站、水池储罐给排系统、工业水（油）　

循环系统、热交换系统均使用离心泵、轴流泵、　

齿轮泵、柱塞泵等设备。而且，根据不同的生产　需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设　

备进行流量、压力、水位等信号的控制。这样，　

不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性　

能的破坏；还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，　

严重时损坏设备、影响生产、危及产品质量。　

风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱　

动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电　

高压变频器在送水泵组中的应用

福建省石狮供水股份有限公司玉浦水厂（原名石狮市20万吨水厂），日供水能力为44万吨，是在旧水厂20万吨水厂的基础上再扩建20万吨，2013年福建省石狮供水股份有限公司赤湖水厂建成通水后，大大缓解了玉浦水厂的供水负荷，使得玉浦水厂供水量有了较大的冗余量，同时也使得该水厂日夜间送水量频繁地变化，玉浦水厂不得不频繁地启停送水机组或调节出水阀门。在送水泵组中应用高压变频调速，通过PID调节控制，不仅可实现恒压供水，还可延长机组的使用寿命，确保供水的实效性与经济性，实现了高效节能与稳定生产的有效统一。

标签：送水泵房；高压变频器；应用

引言

水是人们生活与生产中必不可少的一项资源，随着社会的不断发展以及人口不断增多，社会各界对水的需求量也越来越大，对供水系统的安全性与供水质量也提出了越来越高的要求。在工厂送水泵组中应用高压变频器实施变频节能改造，可以实现PID调节控制送水泵机组管网压力，同时也可以使负荷较低时水泵的节流损失实现最大限度地降低，使机组的经济效益实现全面的提升。因此，对高压变频器在送水泵组中的应用进行探究具有至关重要的现实意义。

1 主要设备及技术参数

旧厂有6台送水泵，与扩建水厂及赤湖水厂通过合理调度，负责供应全市的生活与工业用水，根据用水量将其中的1-2台投入使用。水泵配套电机型号为Y560-8型，功率为630kW/10kV。选用HARSVERT-VA10/045变频器并配套一面手动一拖二切换柜。

2 技术改造

对送水泵房中的2#泵与4#泵实施变频节能改造，在已建成的送水泵房内对两组630kW/10kV电机机组添加变频调速系统的改造，将原设计的转子串级调速拆除改为高压变频器变频调速。采用变频器一拖二手动切换方式：（1）高压供电回路使用旧电路。（2）采取恒压变流形式来调节技改送水泵的转速，将压力维持在0.5MPa；（3）在MCC室并列安置原低压供电设备及变频柜。（4）增设10kV电力电缆，并更换Y560-8型电机1台。（5）通过硬接線来实现与PLC控制系统的数据交换，可是必须将通讯接口保留下来，选用Profib-us-DP作为通讯协议。（6）调速范围控制在20-50Hz。