電能優化器在自來水廠的節能應用

張葆華

摘 ?要：在自來水的生產運營成本中，泵站耗電費用占有較大的比重，而泵站電耗主要反映在電機的用電量上。如果在不改變水泵機組揚程、流量的基礎上，能降低電機的電流和功率，則可以起到節能降耗的效果。桂洲水廠使用的POWERCSG電能優化器通過優化電力質量的方法，減少電機15%的用電量，達到節能的目的。

關鍵詞：供水泵站;電動機節能;PPO電能優化器

引言：自來水廠是城市企業用電的大戶，也是耗能大戶。供水企業中，自來水的制水成本中電費用所占的比重約50%左右，電力消耗占整個供水能源消耗的95%以上。因此，如何降低電耗成了供水企業的重中之重，也是提高企業經濟效益的有效措施，同時對建設資源節約型社會具有重要的推動作用。

自來水生產過程中，泵站電耗是主要部分，是節能降耗關注的重點對象，而常用的節能手段主要通過加大機泵改造和維護、以及對泵房配電系統進行改造。順德供水公司下屬桂洲水廠在二級泵站使用了一種稱為PPO電能優化器的設備，它通過改善電動機供電線路整體的電流輸送質量來達到節能降耗的目的，下面我就這個PPO電能優化器的工作原理和使用情況向大家做個介紹。

一、PPO電能優化器的工作原理

電能在傳輸過程中，是以不穩定的態勢進入導體的，所有形態的電子負載在電路中都是以一種不規則的運動軌跡在運動，這些不規則電子運動會導致所有負荷和導體產生腐蝕效應，同時電子的不規則運動會使它們相互間產生碰撞、摩擦和過度震動，從而造成能量損耗，損失的能量會以熱、噪音、振動和電磁形式表現出來，最終導致電力傳輸上的損失。PPO電能優化器節電原理就是結合光電效應、光化學效應和康普頓效應的三個理論，通過發射紅外波擾動電子的運行狀態，改變電子的軌道特性，大量減少電子的相互碰撞，進而減少電能在傳輸過程中的損耗。PPO電能優化器與普通節電產品不同，它是一種專門針對各種電能質量問題而研發的系統，它帶來了一種嶄新的節電理念，其核心是一個獲得專利權的波動發生器，里面的芯片產生的特定波長紅外線可以改變電子的軌道特性，起到擾動電子、改變不規則電子的運動方向，從而大量減少電子碰撞、摩擦和減輕電子的過度振動。

二、PPO電能優化器在水廠節能降耗工作中的應用實例

桂洲水廠是順德供水有限公司屬下一個日供水量6萬噸的水廠，其供水泵房有3臺 280KW 與 2 臺 200KW 水泵機組，是水廠電力消耗主要生產單元。桂洲水廠出廠水壓力控制范圍是0.38～0.46Mpa，供水流量約3500m3/h， 2014年PPO設備安裝前桂洲水廠泵站電耗為178kwh/dam3，配水電耗4.45kwh/

（dam3*m），而全廠的綜合電耗為231 kwh/dam3。

PPO電能優化器對泵房開展節能降耗工作可選擇單機配置和泵站整體配置兩種方案，單機方案即是在每臺機組旁邊配置與電機功率相近容量的PPO設備;泵站整體方案則是將泵站的所有機組作為一個整體而無需考慮單臺機組的功率，然后根據泵站日常負荷配置PPO設備的總容量，并將其作為一個整體模塊組旁接在供水泵站的電力供應端的主電柜旁。供水負荷是每日周期性波動，單機方案雖然投資大但效果好，而泵站整體方案相對投資少，并且調度靈活，節能效果則略遜于單機方案。

本次桂洲水廠作為PPO節能項目的試點最終采用了單機配置方案以保證最佳的節能效果，除去280KW的2號備用機組外，其余4臺均根據電機功率配置了PPO設備，同時在二級泵站的主電力供應端及4個水泵的各個電力供應端上安裝功率紀錄儀并連通電腦設備。二級泵房的PLC工作站也24小時連續不斷地對各臺水泵機組的電流、功率和泵站流量、壓力、清水池液位等相關參數進行實時監測，以量度二級泵站的實際總體與各個水泵設備的電力數據。

圖-1 ?單臺機組PPO接線示意

PPO設備安裝好并接通電源后系統將會立即運作，對電子運動軌跡進行規范，開始節能工作。一般而言，針對24小時運作的馬達設備其磨合期約為六周左右。由于水廠泵站機組會根據壓力和流量的調節進行轉換開停，因此優化期會相應延長以確保足夠的磨合時間，在這期間并不影響供水泵房正常的生產調度，PPO電能優化器會自行做出智能調整，達到最佳效益。

圖-2： 3號電機在PPO投入前后的運行電流對比

3號、4號電機于2015年5月18號投入使用，圖-2和圖

-3分別是從電腦上截圖的PPO投入前后的電流數據對比與歷史曲線變化。

節能量的計算方面，我們根據自來水廠的生產與工作特性，按該泵站每泵出一千立方米自來水的電機耗電量（簡稱電機單耗）來評估使用PPO設備前后對整個二級泵站水泵設備的整體節能效果，以配水電耗作為一個參考指標進行衡量，從而將供水流量、壓力和機組搭配的影響降到最低。

每千立方米自來水生產耗能平均值計算公式：

（該泵站水泵馬達每日總耗能千瓦時/每日供出自來水的總立方數）X 1000

4臺機組PPO設備5月18日全部投入使用，6月10日二級泵站自動電容補償柜退出運行。在PPO設備全部投入運行一個月后，水廠各能耗指標有明顯的變化，雖然目前設備還處在磨合優化期，但其節能效果已經達到9%，后繼的運行將會使節能量進一步增大，并最終有望達到15%節能效果。以下所示是各項數據比對表：

PPO設備投入后各機組電流變化

PPO設備投入后功率因數的變化

集中電容補償柜沒投入前，二級泵房功率因數：cosΦ=

0.76;集中電容自動補償柜投入后，二級泵房功率因數：

cosΦ=0.96 。兩個電容補償柜的電流分別為I1=162A，I2=55A。集中電容補償柜沒投入， PPO優化器投入，二級泵房功率因數：

cosΦ=0.93，

三、PPO電能優化器的工作特點

（1）PPO電能優化器直接和用電設備進線端子并聯，或者并聯在離用電設備最近的配電箱。并聯的設計的好處是最大限度的保證了目標設備的安全運營，即便PPO電能優化器出現故障，通過加裝的斷路保護器立刻隔離優化器，從而不影響正常生產。（2）PPO 設備到用電設備主電路的連接點的距離不能超過7 米。如果超出這一距離， PPO 設備對電路中電子的感應有效性將大幅降低，從而影響節能效益的發揮。（3）為了獲得最佳的優化效果，用于連接PPO與用電設備的電纜必須是高品質的細芯線型， 如果使用低質量電纜，將影響電子的運動效率與排列，從而影響優化效率。

（如下圖中，左面為最好，中間為次之，右邊為最差。）

（4）PPO節能優化器在提供更順暢的電力傳遞同時能延長用電設備的壽命。下圖是紅外成像儀觀察優化前后電動機溫度變化：

（5）PPO設備逐漸影響電路里的電子行為，提高整個系統的能量轉移效率，其節能效果需要在系統內構造達到一個臨界點后，其節能效益可以實現出來，依賴于不同的運行環境，這個磨合時間通常需要6～8周，而它所表現出來的第一個變化跡象就是無功功率的突然下降，這就表明PPO設備開始對電路產生影響了。（6）PPO設備在水泵長時間停止運作后的幾天里重新啟動，需要重新優化操作，以降低到其之前的最佳狀態。

四、PPO電能優化器廠在水廠的應用前景

水廠傳統節能工作均是從提高水泵效率、采用變頻技術等幾方面考慮，提高系統整體運行效率的方式進行節能改造，即通過限制和降低電動機原有的輸出功率實現電動機省電的目的，這對于一些工作不穩定，不是滿負荷運轉的電動機，采用變頻調速裝置可以使電動機合理運行，避免了不必要的電能消耗。順德供水公司10個鎮街的水廠在陸續整合，近期不斷有水廠關停或擴容、供水管網也在不斷合并改造，致使各水廠供水壓力范圍還處于一個變化的過程中，采取上述傳統的節能方法均有可能導致與今后的生產工況不匹配，造成重復投資或投資浪費的情況。而PPO電能優化技術無疑是一種持久有效、不受水廠水壓、流量等工況影響的節能辦法，在保證或提高電動機原有輸出功率的條件下，通過提高電動機和所屬回路的導電性，從而降低電動機和所屬回路的阻性損失（熱量損失）的節電方式，是可用能量守恒定律來衡量的節能技術，是真正意義上的節能。

根據電能優化器的工作原理和工作特性，我們可以看出，PPO電能優化器對于水廠的許多設備都有較好的節能效果，例如：以電動機帶動的空壓機、水泵、風機等常用設備。PPO電能優化器采用安全可靠的并聯連接方式，最大限度的保證了目標設備的安全運行，這一點相比較目前普遍采用的變頻器更加安全可靠，同時，電能優化器可以有效降低目標設備的熱量、噪聲和線路的腐蝕，延長了電機等目標設備的使用壽命，從而縮短了目標設備的更換周期，節約了大量的資金。綜合評價PPO電能優化器，應該是一款高科技新型綠色的節能產品，可以幫助水司以嶄新的方式繼續挖掘節能的潛力。