工業(yè)水泵電機(jī)的變頻節(jié)能改造

祝輝

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，我國(guó)的工業(yè)水泵電機(jī)節(jié)能改造問(wèn)題得到了一定的解決。很多水廠由于建設(shè)初期選擇的水泵電機(jī)功能較差，這樣的水泵壓力過(guò)高，機(jī)電超負(fù)荷工作，導(dǎo)致水泵的壽命縮短，增加成本，影響收益。對(duì)工業(yè)水泵的電機(jī)功能進(jìn)行變頻節(jié)能改造，可以最大限度地節(jié)省水泵不必要的流量浪費(fèi)和電力資源浪費(fèi)，進(jìn)而提高工業(yè)水泵的工作質(zhì)量和工作水平，在一定程度上也可以促進(jìn)我國(guó)工業(yè)水泵的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工業(yè)水泵；電機(jī)；變頻；節(jié)能改造

一、概述

（一）工業(yè)水泵情況及目前運(yùn)行情況

工業(yè)水系統(tǒng)共有A，B，C3臺(tái)相同的工業(yè)水泵，用以發(fā)電機(jī)組設(shè)備的冷卻水，其電機(jī)額定功率為132 kW，額定電流為237 A。設(shè)計(jì)壓力為0.65 MPa，設(shè)計(jì)流量為485 t/h。 正常運(yùn)行方式為兩臺(tái)工業(yè)水泵正常運(yùn)行，一臺(tái)工業(yè)水泵備用，由于建廠初期工業(yè)水泵選型配置不當(dāng)，出口壓力過(guò)高，正常運(yùn)行時(shí)達(dá)0.65 MPa，而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，系統(tǒng)只要在4.3 MPa壓力以上即可滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備冷卻所需。

同時(shí)還存在工業(yè)水泵出口門全開(kāi)釋時(shí)，流量偏大及電機(jī)過(guò)電流的問(wèn)題。因此，在實(shí)際運(yùn)行中需要大幅度節(jié)流出口門。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)工業(yè)水泵出口門開(kāi)至30%左右運(yùn)行時(shí)，此時(shí)工業(yè)水泵電機(jī)電流己達(dá)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(yè)水用水量相對(duì)較少時(shí)候，還可以維持2臺(tái)泵運(yùn)行，而在夏季用水高峰時(shí)，2臺(tái)泵運(yùn)行將發(fā)生電機(jī)過(guò)負(fù)荷發(fā)熱，嚴(yán)重影響電機(jī)的使用壽命，此時(shí)需要3臺(tái)工業(yè)水泵同時(shí)運(yùn)行，每臺(tái)電機(jī)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(shí)際運(yùn)行效率只有30010，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)。

（二）改造效益的分析

1.物理學(xué)原理

根據(jù)流體力學(xué)知識(shí)，采用變頻調(diào)速方法節(jié)能的原理，是基于流量、壓力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系：水泵流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的二次方正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)需求流量下降時(shí)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可以節(jié)約大量能源。例如：當(dāng)流量需求減少一半時(shí)，如通過(guò)變頻調(diào)速，則理論上講，僅需額定功率的12.5%，即可節(jié)約87.s%的能源。如采用傳統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)方式，節(jié)約效果與變頻根本無(wú)法相比。

2.經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)現(xiàn)在工業(yè)水泵運(yùn)行狀況，春、秋、冬季現(xiàn)在消耗240k功率，變頻改造后不足110kW，預(yù)計(jì)能夠節(jié)約50%左右的電能；夏季現(xiàn)在消耗近340 kW功率，變頻改造后不足140 kW.預(yù)計(jì)能夠節(jié)約近60%的電能。

（三）改造的可行性

根據(jù)實(shí)際情況分析并本著節(jié)約改造資金的原則，對(duì)A，C工業(yè)水泵進(jìn)行變頻恒壓技術(shù)改造即可滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。B工業(yè)水泵節(jié)流出口門至一定開(kāi)度備用，A，C工業(yè)水泵任一臺(tái)跳閘，B泵聯(lián)啟，短時(shí)運(yùn)行，跳閘泵處理好后投運(yùn)，退出B泵。改造后，將會(huì)提高工藝流程控制精度、降低能耗、操作方便，能帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。

二、改造方案

（一）改造范圍 A，C工業(yè)水泵電機(jī)的電源系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。

（二）改造要求

要求A，C工業(yè)水泵電機(jī)全自動(dòng)變頻供水。具備如下功能：根據(jù)工業(yè)水管網(wǎng)用水量的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)工業(yè)水泵的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)始終保持恒定的設(shè)計(jì)水壓和所需流量，以達(dá)到提高供水質(zhì)量、高效節(jié)能的目的。

三、改造實(shí)施

（一）電氣動(dòng)力接線方式改造

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

（二）電氣開(kāi)關(guān)部分

增加變頻器裝置控制切換開(kāi)關(guān)，使變頻裝置具有手動(dòng)、自動(dòng)控制方式。手動(dòng)和自動(dòng)控制方式可以切換，切換開(kāi)關(guān)位干變頻器控制柜面板上。同時(shí)具備以下功能：

1.具有就地手動(dòng)輸入調(diào)節(jié)功能。

2.具有就地自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。

3.變頻裝置設(shè)有“急停”按鈕。取消電機(jī)原就地事故按鈕。

4.就地具有顯示頻率、故障報(bào)警功能，以便于運(yùn)行人員和檢修人員能辨別和解決所出現(xiàn)的問(wèn)題。

（三）增加變頻器至C工業(yè)水泵電機(jī)部分動(dòng)力電纜

為節(jié)約資金，充分利用原有設(shè)備，原電機(jī)動(dòng)力電纜改造后仍可使用，但需新增加變頻器至電機(jī)部分電纜，長(zhǎng)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(zhuǎn)矩負(fù)載，該負(fù)載和速度的平方成正比，用交流變頻調(diào)速對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，同時(shí)為了達(dá)到上述改造要求，保持水壓恒定，采用壓力參數(shù)進(jìn)行控制。安裝壓力傳感器采集工業(yè)水泵出口壓力信號(hào)（PV），變頻器通過(guò)PiD調(diào)節(jié)來(lái)改變電機(jī)頻率，從而形成一閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制。同時(shí)，在弱酸控制室實(shí)現(xiàn)運(yùn)行人員遠(yuǎn)方操作和監(jiān)視。

2.壓力傳感器 它能夠向變頻器輸人4-20 mA的水壓信號(hào)，滿足變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)使用。

3.在弱酸控制室上位機(jī)可進(jìn)行如下操作和監(jiān)視：

a）監(jiān)視功能

·變頻器故障，通過(guò)變頻器顏色變?yōu)榉凵崾竟收蠄?bào)警。

·變頻器運(yùn)行狀態(tài)顯示，變頻器顏色變紅為運(yùn)行狀態(tài)，顏色變綠為停運(yùn)狀態(tài)。

·工業(yè)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)SP顯示。

·工業(yè)水泵出口母管壓力P顯示。

·C工業(yè)水泵電機(jī)電流的顯示。

b）操作功能

·變頻器遠(yuǎn)方啟動(dòng)。

·變頻器遠(yuǎn)方停運(yùn)。

（五）新增變頻器控制柜

在弱酸工業(yè)水泵房值班室內(nèi)安裝一個(gè)不銹鋼變頻器控制柜，變頻器控制柜要求及具體位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并符合相關(guān)電氣技術(shù)要求。

四、結(jié)語(yǔ)

（一）改造后實(shí)現(xiàn)了能量?jī)?yōu)化控制

改造后系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，充分發(fā)揮系統(tǒng)的節(jié)能潛力。系統(tǒng)的核心裝置一變頻器，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，能精確的跟蹤設(shè)定點(diǎn)，并且啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)識(shí)別電機(jī)參數(shù)功能，搜索最小的能量消耗點(diǎn)，實(shí)時(shí)自動(dòng)升高和降低電機(jī)頻率，實(shí)現(xiàn)能量?jī)?yōu)化控制。

（二）帶來(lái)的綜合效益

1.改造后電機(jī)的啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流在額定電流以內(nèi)，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊；減少了電機(jī)的振動(dòng)和噪音，實(shí)現(xiàn)了軟啟軟停，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命，減少了電機(jī)的維護(hù)量。

2.壓力的調(diào)節(jié)更精確，提高了工藝指標(biāo)及自動(dòng)化程度，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.變頻器本身具有缺相、過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)負(fù)載、堵轉(zhuǎn)、電機(jī)溫升等保護(hù)功能，電機(jī)運(yùn)行更可靠。

4.降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

5.提高整個(gè)工業(yè)水系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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