水泵變頻節能方案

吳方科，常守軍，付來文

（濰坊濱海經濟開發區規劃設計院，山東 濰坊 2 6 2 7 3 7）

水泵變頻節能方案

吳方科，常守軍，付來文

（濰坊濱海經濟開發區規劃設計院，山東 濰坊 2 6 2 7 3 7）

為了降低循環水泵電耗，我公司在循環水供水系統中安裝智能性全自動跟蹤節電器。文章介紹了節電器的原理以及系統組成方案，并通過實際運行數據分析它的節電效率。

水泵；節電器；節電原理；節能方案

當今時代，能源在社會發展中的地位已不可替代。如何保持社會的可持續發展是我們必須要面對的問題。水泵作為生產中的一種通用機械，消耗著大量的能源。在我國，每年水泵的電能消耗占總電能的2 1%。本文介紹一種節能方案，該系統可根據管口瞬間壓力變化，自動調節某臺循環水泵的轉速，使管口保持在一定的設定壓力值，并滿足生產需求，使整個系統始終保持高效節能的最佳狀態。

1 運行情況

氯化鈣廠三車間現有3臺2 5 0kW循環水泵（開2備1），隨著外界環境溫度和生產負荷的變化，對循環水流量進行相應調整，通常情況下電機負荷會在1 0%～7 5%范圍內波動。實際運行中供水最高處為2 0m，通過檢測泵出口壓力，確定0.3 5～0.4 MP a即可滿足生產。我廠2 5 0kW水泵設計流量1 2 5 0m3／h，揚程5 5m，設計裕量較大。正常情況中，一臺泵出口全開，另一臺泵用閥門控制開度在1／3左右，而閥門調節增大了管路阻力，造成電能浪費。

2 節電技改方案

為滿足生產需要和節能要求，建議加裝變頻器節電系統，用全自動控制代替節流閥控制流量，實現節能和穩定供水的雙重要求。

針對水泵實際工作情況，經過多方調研，我們決定安裝智能性全自動跟蹤節電器，該節電器在國際節能節電領域處于領先水平，融合歐美、日本等國的先進技術，處于國際先進水平。其優勢和國內外同類產品相比具有以下優勢：1）節電率高，可達3 0%～5 0%；2）維持原用電設備的工作狀況和性能；3）對電機還有延長其使用壽命的作用。

3 節能原理

1）水泵的節電原理是用全自動控制代替節流閥控制流量，這是一個節電的有效途徑。水泵的特性曲線如圖1所示。在用閥門控制額定電流Q1＝1 0 0 %輸出時，則軸功率N1與面積AH1OQ1成正比，若流量減半Q2＝5 0%輸出時則軸功率N2與BH2OQ2成正比，它比N1減少不多，這是因為需要克服閥門阻力增大水壓所致。如果采用全自動控制，同樣流量減半輸出時轉數由n1降至n2，按水泵參數比例定律畫出n2時的特性曲線，C點為新的工況點，這時軸功率N2與面積CH3OQ2成正比，在滿足同樣流量Q2情況下，軸功率降低好多，節省的功率耗損△N與面積BH2H3C成正比，可見節電效果十分顯著。

圖1 水泵的特性曲線

2）節電器核心技術就是采用進口的特殊材料及高科技微電腦控制技術。也就是將用電設備運行的參數輸入智能化控制系統，它通過實時檢測電機負荷的變化情況，應用最優化的控制原理，動態調整電機的運行狀況，使其與負載相匹配，從而有效地提高在低負荷和部分負荷下的用電效率，達到節約電能的目的。

4 節電供水設備的系統組成

變頻器是整個節電供水系統的核心部分，其系統組成框圖如圖2所示。水泵電機是輸出環節，轉速由變頻器控制，實現變流量恒壓控制。變頻器接受P I D控制器的信號對水泵進行轉速控制，壓力傳感器檢測管口出水壓力，把信號傳給P I D控制器，通過P I D控制器調節變頻器的頻率來控制水泵的轉速，實現了一個閉環控制系統。由于所選節電器本身具有P I D調節功能，可以不選用外置P I D調節器，使調節更加平穩。

圖2 節電供水系統組成

5 本方案優點

1）節能，減少使用電流及線路損失。可以實現節電2 0%～3 5%，能實現綠色用電。并增加變壓器用電容量。

2）安裝方便，可直接在配電柜內安裝，投入少，效率高。

3）配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠，對電機有過流、堵轉、欠壓、過壓、短路等保護功能。

4）運行合理，由于是軟起和軟停，不但可以消除水錘效應，而且電機軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費用，并且循環水泵的壽命大大提高。降低線路溫升，強化用電設備安全，確保生產連續性。

5）能實現節電運行模式與工頻運行模式的自由切換。當節電器出現故障，切換到工頻模式，確保生產連續性。

6）本節電器硬件采用國外進口配件，確保節電器安全性及可靠性。

7）無極全自動控制，并避開機械共振點，減少運轉噪音。

8）本方案綜合經濟指標顯著，實現全自動控制，免人工操作。

9）本節電裝置采用先進矢量控制，能自動跟蹤水泵電機最佳節能工作點，普通V／F控制法無法自動跟蹤工作點。

6 節電效果分析

6.1 投用情況

節能改造前，2臺水泵正常運行時電流4 2 0A，單臺每小時用電量2 2 3.8k W h；節能改造后，根據安裝電度表實際測量不同運行頻率下的測量數據如表1。

表1 不同運行頻率下的測量數據

在滿足工藝要求前提下，2臺全開，工頻5 0H z運行時，節電率（2 2 3.8－2 1 5）／2 2 3.8＝3%節電不明顯；變頻4 5～4 6H z運行時，可實現節電率（2 2 3.8－1 7 0）／2 2 3.8＝2 4%。

只開1臺，在5 0 H z運行時，可實現節電率（2 2 3.8×2－2 7 6）／2 2 3.8×2＝3 8.4%。

6.2 效益分析

節能改造后，每年可節約電費3 8.7萬元。安裝2臺節電器約投資2 5萬元，其投資回收期不超過8個月。節電器最低使用期限1 0年，有著較好的長期經濟效益。

T M 3 4 4.6

B

1 0 0 5－8 3 7 0（2 0 1 2）0 4－4 4－0 2

2 0 1 2－0 6－0 4

吳方科（1 9 7 3—），畢業于青島化工學院，現任濰坊濱海經濟開發區規劃設計院工程師。