抑能節電裝置在水泵控制系統中的應用

瞿淑琴 程 虎

(中國石油蘭州石化分公司動力廠，蘭州 730060)

水泵是石油化工企業生產中應用最廣泛的動設備[1]，也是消耗電能主要負載的一部分，在電能消耗中占有一定額度的生產費用開支。隨著科學技術的不斷發展和經濟改革的不斷深入，節能、減排、降耗已成為降低生產成本、提高產品質量的重要手段之一。筆者介紹了水泵控制的運行現狀，給出了節電裝置配置方案，并分析了其節電效果。

1 水泵控制運行現狀①

企業生產過程中，水泵的控制以電氣元件直接控制為主，運行狀態為工頻狀態。水泵運行時工作點的參數由水泵特性曲線和管路特性曲線共同決定。工況調節是用一定的方法改變水泵特性曲線或管路特性曲線，用以滿足用戶對流量變化的要求。改變管路特性曲線最常用的方法是改變管路中的閥門開度，從而改變管路阻力特性，使管路特性曲線變陡或變緩，以達到調節流量的目的。

在水泵特性曲線上，對應任意流量點都可以找到一組與其相對應的揚程、功率和效率值，通常把這一組相對應的參數稱為工況，其對應最高效率點的一組工況稱為最佳工況[2]。在生產實踐中，水泵的運行工況點是由管路特性曲線和水泵特性曲線確定的(圖1)。在選擇和使用泵時，要使水泵在高效區運行，以保證其運轉的經濟性和安全性。

圖1 管路特性曲線與水泵特性曲線

實際生產過程中往往采用改變水泵出口閥門開度的方法控制給水流量，即節流調節，也就是在水泵特性曲線不變的情況下，改變管路特性曲線，產生水泵新的工況點。水泵各參數的變化如圖2所示。其中曲線Ⅲ為離心泵出口調節閥開度最大時的管道特性曲線，此時離心泵的工作點為B，流量為qvB；將閥門關小，管路阻力增加，管道特性曲線變為曲線I，此時離心泵的工作點變為A，流量為qvA。從圖2可以看出：采用節流調節離心泵流量時，有一部分揚程消耗在閥門節流時產生的附加阻力損失上，因此水泵A點的工作效率要低于B點的。

圖2 水泵各參數的變化

水泵負載運行過程中存在較大的電能損耗，主要表現在：現場流量由閥門控制，在閥門和擋板上功率消耗非常大；負荷管路較長，管路損耗大；負荷端功率因數低，熱阻損耗大，支路中cosΦ<0.75(Φ為功率因數)；水泵啟停過程的瞬變電壓、浪涌電流超標。因此水泵負載在實際應用中存在較大的節能空間。

2 節電裝置配置方案

以某污水處理廠的3臺水泵作為節電裝置應用試點，選擇3#水泵安裝在EP-01- 45kW Effect Power抑能-水泵節電器上，7#水泵和9#水泵安裝在EP-01-132kW Effect Power抑能-水泵節電器上，且都采用三相四線的串聯接線方式。

抑能-水泵節電器采用優化空間矢量PWA控制，對工頻電源進行逆變后，直接驅動電機并進行調速，以最適宜的轉速為流體提供動力，滿足負載對流體的需求，從而達到經濟運行的目的。同時抑能-水泵節電器采用PID閉環控制[3](圖3)，當受控客體受到干擾影響時，其實現狀態與期望狀態出現偏差，控制主體將根據這種偏差發出新的指令以糾正偏差，抵消干擾作用。該節能配置方案通過采集管道中的流量或壓力參數，送入水泵節電器的DSP進行分析處理，再根據設置好的程序進行PID控制，提高了流量或壓力精度。

圖3 抑能-水泵節電器閉環控制原理

3 數據采集與效果分析

根據節電裝置的運行情況和原理，采用美國福祿克43B多功能表進行數據采集。通過對比節電設備投入前后的參數差，從而計算平均節電率。為保證數據采集的可對比性，測試前后需在同一負荷下進行，且多功能表要固定在同一測試位置。節電率的計算式為：

數據測試點為某污水處理廠的3#、7#、9#水泵，分別測試節電器投入前后的電流和功率參數。節電狀態下和不節電狀態下的參數分別測試3組，每組兩天，每天早、中、晚測試3次。表1為其中一組的測試數據和節電率。從表1可以看出，整體系統節電效果可達20%以上。

表1 測試數據及節電率對比

4 結束語

根據現場實際運行情況和測試數據，在同等工況條件下，按照每年運行6 000小時、電費0.69元/(kW·h)計算，未加入節電器時電費為(16.6+97.5+103)× 6000×0.69=898794元，加入節電器時電費為(12.2+73.1+77.5)×6000×0.69=673992元，共節約電費224 802元，為節電器投運之前的25.01%。同時加裝節電裝置后，節電裝置輸出電壓穩定，功率因數提高，運行電流大幅度下降，有效提高了整體用電系統的使用效率，延長了設備的使用壽命，系統運行安全性能提高。

[1] 侯振宇，屈世棟.循環水泵振動原因分析及解決措施[J].化工機械，2010,37(5):666～667.

[2] 李寧，劉啟新.電機自動控制系統[M].北京：機械工業出版社，2003.

[3] 劉竹溪，劉景植.水泵及水泵站[M].北京：中國水利水電出版社，2009.