水電廠水泵變頻應用節能分析

曾永峰　熊益峰　李小剛　馬會霞（.玉門油田分公司水電廠；.玉門油田分公司規劃計劃處）

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水電廠水泵變頻應用節能分析

曾永峰1熊益峰1李小剛1馬會霞2（1.玉門油田分公司水電廠；2.玉門油田分公司規劃計劃處）

介紹了水泵變頻調速控制系統的技能原理及節能潛力分析，以玉門油田水電廠鍋爐給水系統改造為例，通過變頻調速改造，實現了鍋爐給水系統的恒壓控制，從而達到了不必人為調節，管道水壓任意設定，管道水壓穩定無波動，節能節電的目的。水泵采用變頻調速控制，節能效果顯著，具有明顯的經濟效益和社會效益。

水泵變頻調速節能降耗

變頻器主要用于交流電動機（異步電動機或同步電動機）轉速的調節，是交流電動機最理想、最有前途的調速方案，除了具有卓越的調速性能之外，變頻器還有顯著的節能作用。以電力行業為例，國家電改方案對電廠的成本控制提出了要求，降低內部電耗成為電廠關注焦點，因此變頻器在電力行業有著巨大的發展潛力。

1　變頻器應用

1）低壓變頻器應用。由于低壓變頻器投資成本少，改造量小，玉門油田水電廠較早試用，在四、五、六期鍋爐給粉系統、汽機凝結泵、供熱循環泵、渣油泵中使用。這些低壓電動機構成的動力系統由于調節頻繁，起伏較大，或設計富裕，用水量季節性變化，存在低負荷的耗能現象。低壓變頻器的使用，較好地解決了這些問題，起到了節能的效果。

2）高壓變頻器應用。玉門油田水電廠有7臺發電機組，9臺鍋爐，12臺給水泵，總裝機容量123MW。給水泵是發電生產過程的關鍵設備之一，承擔給鍋爐供水的重要任務，同時也是主要的耗能設備，給水泵用電量占全廠用電量的25%，年耗電量達2000×104kWh，存在給水泵多、電耗偏高、部分給水泵利用率偏低等問題。據數據統計，調節閥開度大多在20%～60%之間，節流損失較大。同時給水泵在高壓力下運行和壓力頻繁波動對整個系統的管道和閥門不利，沖擊力大，易產生泄漏，維護量大，維護費高，影響系統使用壽命，并多次因給水系統泄露而引起鍋爐停爐。而調節閥調節水位是一種經濟效益差、能耗大、運行費用高的落后辦法，且系統調節性能差，響應速度慢。為改變這一現狀，目前共有5臺給水泵經變頻調速技術改造，經過幾年的運行，取得了預期的效果，投資成本也已收回。

2　變頻調速節能原理

變頻調速的基本原理［1］是根據交流異步電動機的轉速關系：

式中：

f——電動機的電源頻率，Hz；

p——電動機極對數；

s——轉速率；

N——電動機轉速，r/min。

由式（1）可知，在電動機確定的情況下，改變電動機電源頻率，就同步改變電動機轉速。電動機轉的慢，軸功率減少，電動機輸入功率也隨之減少。

在管網阻力特性不變的情況下（即調節閥開度不變），根據水泵特性曲線［1］可知給水泵的流量、揚程、軸功率和轉速之間的關系為：

式中：

Q1、Q2——給水泵流量，m3/s；

H1、H2——給水泵揚程，m；

P1、P2——電動機軸功率，kW。

N1、N2——電動機轉速，r/min。

給水泵特性曲線見圖1，曲線②和③分別是不同的管阻曲線（調節閥開度即調節管阻）。

圖1　給水泵特性曲線

1）通過調節閥開度調節流量：當流量由Q1降低到Q2時，由于電動機固定轉速N1運行，只能通過調小閥門開度來完成，此時管徑內壓力上升，水泵揚程由H1上升到H2，上升的揚程對于給水系統做無用功，造成大量能耗浪費。

2）通過變頻調速調節流量：當流量由Q1降低到Q2時，由于可以改變電動機轉速，降低電動機電源頻率實現轉速N1降低到N2，在閥門開度不變的情況下，管道阻力不變，水泵揚程由H1下降到H3，實現了減少流量的同時降低揚程，達到節能目的。

3　效益分析

3.1直接效益

玉門油田分公司技術檢測中心針對其中2臺給水泵（1#、14#）進行改造，改造后具體數據見表1。

表1　給水泵電動機負載測試

經改造后2臺給水泵明顯改善了工作效率，1#、14#給水泵電動機輸入功率明顯降低，功率因數提高，全年節電率分別為21.87%、13.98%，輸入功率分別下降了318.49 kW、47.93 kW，1#給水泵全年統計運行4526 h，電費0.5元/kWh計算，全年可節電144.1×104kWh，節約費用72萬元；14#給水泵全年統計運行4856 h，電費0.5元/kWh計算，全年可節電23.3×104kWh，節約費用11.7萬元，2臺給水泵年節約費用共83.7萬元。節能效果非常明顯，達到了節能改造的目的。

3.2間接效益

1）給水泵變頻改造后，通過PLC控制，實現DCS操作，能夠平穩地調節流量，操作人員對系統的調整控制更為方便。

2）改善控制系統的工作狀況，使系統自動調節性能提高。

3）改造后給水流量及出口壓力都能很好滿足生產工藝的要求，水泵可以隨機組負荷的變化而調節輸出功率，達到節能目的同時，也減少了管壓，降低了泄漏的風險。

4）減小了因閥門開度調節導致的節流損失，提高了系統效率。

5）由于變頻器具有對電動機軟啟動和保護等功能，啟動電流減弱，減少了對電網的沖擊，降低了電動機、電纜等設備的損耗。

4　結束語

玉門油田水電廠通過大量的變頻器應用來提高動力設備的效率，降低用電率，給水泵變頻改造效果尤為明顯，但在實際運行中還應注意發下問題：

1）保證環境通風。高壓變頻器運行時會造成周圍環境溫度升高。因此，在變頻器的設計安裝中，必須考慮環境通風，否則會導致變頻器溫度升高出現嚴重故障。

2）定期清理過濾網。變頻器的灰塵過濾網處容易堆積大量灰塵，一旦出現堵塞，冷卻風循環不暢，直接導致變頻器內部溫度升高。因此，要加強日常的巡回檢查，并定期進行清潔。

3）定期檢查電氣接點。變頻器在長期運行中其自身的不斷震動，會導致各個接點的緊固螺栓及線路焊點的松動，應定期對變頻器進行檢查，根據實際情況，通常為一年停電檢查一次，確保運行過程中不出現各個接點及焊點松動現場。

［1］金傳偉，毛宗源.變頻調速技術在水泵控制系統中的應用［J］.電子技術應用，2000（9）：38-39.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.013

2015-07-16）

曾永峰，2009年畢業于蘭州理工大學，從事變配電檢修及設備維護工作，E-mail：370687223@qq.com，地址：甘肅省玉門市老市區玉門油田水電廠電氣車間，735200。