工業水泵電機的變頻節能改造

祝輝

摘要：隨著我國經濟的發展和科技的進步，我國的工業水泵電機節能改造問題得到了一定的解決。很多水廠由于建設初期選擇的水泵電機功能較差，這樣的水泵壓力過高，機電超負荷工作，導致水泵的壽命縮短，增加成本，影響收益。對工業水泵的電機功能進行變頻節能改造，可以最大限度地節省水泵不必要的流量浪費和電力資源浪費，進而提高工業水泵的工作質量和工作水平，在一定程度上也可以促進我國工業水泵的發展。

關鍵詞：工業水泵；電機；變頻；節能改造

一、概述

（一）工業水泵情況及目前運行情況

工業水系統共有A，B，C3臺相同的工業水泵，用以發電機組設備的冷卻水，其電機額定功率為132 kW，額定電流為237 A。設計壓力為0.65 MPa，設計流量為485 t/h。 正常運行方式為兩臺工業水泵正常運行，一臺工業水泵備用，由于建廠初期工業水泵選型配置不當，出口壓力過高，正常運行時達0.65 MPa，而根據現場實際需要，系統只要在4.3 MPa壓力以上即可滿足現場設備冷卻所需。

同時還存在工業水泵出口門全開釋時，流量偏大及電機過電流的問題。因此，在實際運行中需要大幅度節流出口門。

根據現場數據表明，當工業水泵出口門開至30%左右運行時，此時工業水泵電機電流己達220A左右，出口門前壓力為0.8MPa，而出口門后壓力只有0.35 MPa，有50%以上的電能損失在出口1'7上。

另外，在春、秋、冬季工業水用水量相對較少時候，還可以維持2臺泵運行，而在夏季用水高峰時，2臺泵運行將發生電機過負荷發熱，嚴重影響電機的使用壽命，此時需要3臺工業水泵同時運行，每臺電機電流為200 A左右，泵的總流量為1050t/h，總消耗功率近340 kl，而有效功率僅為100 kW左右，實際運行效率只有30010，嚴重影響發電機組的經濟。

（二）改造效益的分析

1.物理學原理

根據流體力學知識，采用變頻調速方法節能的原理，是基于流量、壓力、轉速、轉矩之間的關系：水泵流量與轉速的一次方成正比，壓力與轉速的二次方正比，而軸功率與轉速的三次方成正比。當需求流量下降時，調節轉速可以節約大量能源。例如：當流量需求減少一半時，如通過變頻調速，則理論上講，僅需額定功率的12.5%，即可節約87.s%的能源。如采用傳統的機械機構調節方式，節約效果與變頻根本無法相比。

2.經濟效益分析

根據現在工業水泵運行狀況，春、秋、冬季現在消耗240k功率，變頻改造后不足110kW，預計能夠節約50%左右的電能；夏季現在消耗近340 kW功率，變頻改造后不足140 kW.預計能夠節約近60%的電能。

（三）改造的可行性

根據實際情況分析并本著節約改造資金的原則，對A，C工業水泵進行變頻恒壓技術改造即可滿足現場需要。B工業水泵節流出口門至一定開度備用，A，C工業水泵任一臺跳閘，B泵聯啟，短時運行，跳閘泵處理好后投運，退出B泵。改造后，將會提高工藝流程控制精度、降低能耗、操作方便，能帶來較大的經濟效益。

二、改造方案

（一）改造范圍 A，C工業水泵電機的電源系統及控制系統。

（二）改造要求

要求A，C工業水泵電機全自動變頻供水。具備如下功能：根據工業水管網用水量的變化，自動調節工業水泵的轉速，使管網始終保持恒定的設計水壓和所需流量，以達到提高供水質量、高效節能的目的。

三、改造實施

（一）電氣動力接線方式改造

A，C工業水泵變頻器控制柜電源取自原380V水工A段A，C工業水泵電源開關。原A，C工業水泵電源開關不做改造，包括其原有的控制方式不變。

（二）電氣開關部分

增加變頻器裝置控制切換開關，使變頻裝置具有手動、自動控制方式。手動和自動控制方式可以切換，切換開關位干變頻器控制柜面板上。同時具備以下功能：

1.具有就地手動輸入調節功能。

2.具有就地自動調節功能。

3.變頻裝置設有“急?！卑粹o。取消電機原就地事故按鈕。

4.就地具有顯示頻率、故障報警功能，以便于運行人員和檢修人員能辨別和解決所出現的問題。

（三）增加變頻器至C工業水泵電機部分動力電纜

為節約資金，充分利用原有設備，原電機動力電纜改造后仍可使用，但需新增加變頻器至電機部分電纜，長度約20 - 50。

（四）PLC控制部分方案

1.PLC控制原理

水泵屬于典型的平方轉矩負載，該負載和速度的平方成正比，用交流變頻調速對電動機轉速進行控制，同時為了達到上述改造要求，保持水壓恒定，采用壓力參數進行控制。安裝壓力傳感器采集工業水泵出口壓力信號（PV），變頻器通過PiD調節來改變電機頻率，從而形成一閉環調節系統進行閉環控制。同時，在弱酸控制室實現運行人員遠方操作和監視。

2.壓力傳感器 它能夠向變頻器輸人4-20 mA的水壓信號，滿足變頻器自動調節使用。

3.在弱酸控制室上位機可進行如下操作和監視：

a）監視功能

·變頻器故障，通過變頻器顏色變為粉色提示故障報警。

·變頻器運行狀態顯示，變頻器顏色變紅為運行狀態，顏色變綠為停運狀態。

·工業水泵電機轉速信號SP顯示。

·工業水泵出口母管壓力P顯示。

·C工業水泵電機電流的顯示。

b）操作功能

·變頻器遠方啟動。

·變頻器遠方停運。

（五）新增變頻器控制柜

在弱酸工業水泵房值班室內安裝一個不銹鋼變頻器控制柜，變頻器控制柜要求及具體位置根據現場實際情況，并符合相關電氣技術要求。

四、結語

（一）改造后實現了能量優化控制

改造后系統穩定可靠的運行，充分發揮系統的節能潛力。系統的核心裝置一變頻器，動態響應速度快，能精確的跟蹤設定點，并且啟動時自動識別電機參數功能，搜索最小的能量消耗點，實時自動升高和降低電機頻率，實現能量優化控制。

（二）帶來的綜合效益

1.改造后電機的啟動平穩，啟動電流在額定電流以內，對電網無沖擊；減少了電機的振動和噪音，實現了軟啟軟停，延長了電機的使用壽命，減少了電機的維護量。

2.壓力的調節更精確，提高了工藝指標及自動化程度，減輕了工人的勞動強度。

3.變頻器本身具有缺相、過壓、欠壓、過流、過負載、堵轉、電機溫升等保護功能，電機運行更可靠。

4.降低了生產成本，提高了經濟效益。

5.提高整個工業水系統運行的可靠性。

參考文獻：

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