曾永峰　熊益峰　李小剛　馬會(huì)霞（.玉門油田分公司水電廠；.玉門油田分公司規(guī)劃計(jì)劃處）

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水電廠水泵變頻應(yīng)用節(jié)能分析

曾永峰1熊益峰1李小剛1馬會(huì)霞2（1.玉門油田分公司水電廠；2.玉門油田分公司規(guī)劃計(jì)劃處）

介紹了水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的技能原理及節(jié)能潛力分析，以玉門油田水電廠鍋爐給水系統(tǒng)改造為例，通過變頻調(diào)速改造，實(shí)現(xiàn)了鍋爐給水系統(tǒng)的恒壓控制，從而達(dá)到了不必人為調(diào)節(jié)，管道水壓任意設(shè)定，管道水壓穩(wěn)定無波動(dòng)，節(jié)能節(jié)電的目的。水泵采用變頻調(diào)速控制，節(jié)能效果顯著，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

水泵變頻調(diào)速節(jié)能降耗

變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī)（異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是交流電動(dòng)機(jī)最理想、最有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用。以電力行業(yè)為例，國家電改方案對電廠的成本控制提出了要求，降低內(nèi)部電耗成為電廠關(guān)注焦點(diǎn)，因此變頻器在電力行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1　變頻器應(yīng)用

1）低壓變頻器應(yīng)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(tǒng)、汽機(jī)凝結(jié)泵、供熱循環(huán)泵、渣油泵中使用。這些低壓電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的動(dòng)力系統(tǒng)由于調(diào)節(jié)頻繁，起伏較大，或設(shè)計(jì)富裕，用水量季節(jié)性變化，存在低負(fù)荷的耗能現(xiàn)象。低壓變頻器的使用，較好地解決了這些問題，起到了節(jié)能的效果。

2）高壓變頻器應(yīng)用。玉門油田水電廠有7臺(tái)發(fā)電機(jī)組，9臺(tái)鍋爐，12臺(tái)給水泵，總裝機(jī)容量123MW。給水泵是發(fā)電生產(chǎn)過程的關(guān)鍵設(shè)備之一，承擔(dān)給鍋爐供水的重要任務(wù)，同時(shí)也是主要的耗能設(shè)備，給水泵用電量占全廠用電量的25%，年耗電量達(dá)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(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，調(diào)節(jié)閥開度大多在20%～60%之間，節(jié)流損失較大。同時(shí)給水泵在高壓力下運(yùn)行和壓力頻繁波動(dòng)對整個(gè)系統(tǒng)的管道和閥門不利，沖擊力大，易產(chǎn)生泄漏，維護(hù)量大，維護(hù)費(fèi)高，影響系統(tǒng)使用壽命，并多次因給水系統(tǒng)泄露而引起鍋爐停爐。而調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)水位是一種經(jīng)濟(jì)效益差、能耗大、運(yùn)行費(fèi)用高的落后辦法，且系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能差，響應(yīng)速度慢。為改變這一現(xiàn)狀，目前共有5臺(tái)給水泵經(jīng)變頻調(diào)速技術(shù)改造，經(jīng)過幾年的運(yùn)行，取得了預(yù)期的效果，投資成本也已收回。

2　變頻調(diào)速節(jié)能原理

變頻調(diào)速的基本原理［1］是根據(jù)交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系：

式中：

f——電動(dòng)機(jī)的電源頻率，Hz；

p——電動(dòng)機(jī)極對數(shù)；

s——轉(zhuǎn)速率；

N——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。

由式（1）可知，在電動(dòng)機(jī)確定的情況下，改變電動(dòng)機(jī)電源頻率，就同步改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)的慢，軸功率減少，電動(dòng)機(jī)輸入功率也隨之減少。

在管網(wǎng)阻力特性不變的情況下（即調(diào)節(jié)閥開度不變），根據(jù)水泵特性曲線［1］可知給水泵的流量、揚(yáng)程、軸功率和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為：

式中：

Q1、Q2——給水泵流量，m3/s；

H1、H2——給水泵揚(yáng)程，m；

P1、P2——電動(dòng)機(jī)軸功率，kW。

N1、N2——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)閥開度即調(diào)節(jié)管阻）。

圖1　給水泵特性曲線

1）通過調(diào)節(jié)閥開度調(diào)節(jié)流量：當(dāng)流量由Q1降低到Q2時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)固定轉(zhuǎn)速N1運(yùn)行，只能通過調(diào)小閥門開度來完成，此時(shí)管徑內(nèi)壓力上升，水泵揚(yáng)程由H1上升到H2，上升的揚(yáng)程對于給水系統(tǒng)做無用功，造成大量能耗浪費(fèi)。

2）通過變頻調(diào)速調(diào)節(jié)流量：當(dāng)流量由Q1降低到Q2時(shí)，由于可以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，降低電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)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(yáng)程由H1下降到H3，實(shí)現(xiàn)了減少流量的同時(shí)降低揚(yáng)程，達(dá)到節(jié)能目的。

3　效益分析

3.1直接效益

玉門油田分公司技術(shù)檢測中心針對其中2臺(tái)給水泵（1#、14#）進(jìn)行改造，改造后具體數(shù)據(jù)見表1。

表1　給水泵電動(dòng)機(jī)負(fù)載測試

經(jīng)改造后2臺(tái)給水泵明顯改善了工作效率，1#、14#給水泵電動(dòng)機(jī)輸入功率明顯降低，功率因數(shù)提高，全年節(jié)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(tǒng)計(jì)運(yùn)行4526 h，電費(fèi)0.5元/kWh計(jì)算，全年可節(jié)電144.1×104kWh，節(jié)約費(fèi)用72萬元；14#給水泵全年統(tǒng)計(jì)運(yùn)行4856 h，電費(fèi)0.5元/kWh計(jì)算，全年可節(jié)電23.3×104kWh，節(jié)約費(fèi)用11.7萬元，2臺(tái)給水泵年節(jié)約費(fèi)用共83.7萬元。節(jié)能效果非常明顯，達(dá)到了節(jié)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(shí)現(xiàn)DCS操作，能夠平穩(wěn)地調(diào)節(jié)流量，操作人員對系統(tǒng)的調(diào)整控制更為方便。

2）改善控制系統(tǒng)的工作狀況，使系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)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(chǎn)工藝的要求，水泵可以隨機(jī)組負(fù)荷的變化而調(diào)節(jié)輸出功率，達(dá)到節(jié)能目的同時(shí)，也減少了管壓，降低了泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

4）減小了因閥門開度調(diào)節(jié)導(dǎo)致的節(jié)流損失，提高了系統(tǒng)效率。

5）由于變頻器具有對電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)和保護(hù)等功能，啟動(dòng)電流減弱，減少了對電網(wǎng)的沖擊，降低了電動(dòng)機(jī)、電纜等設(shè)備的損耗。

4　結(jié)束語

玉門油田水電廠通過大量的變頻器應(yīng)用來提高動(dòng)力設(shè)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(shí)際運(yùn)行中還應(yīng)注意發(fā)下問題：

1）保證環(huán)境通風(fēng)。高壓變頻器運(yùn)行時(shí)會(huì)造成周圍環(huán)境溫度升高。因此，在變頻器的設(shè)計(jì)安裝中，必須考慮環(huán)境通風(fēng)，否則會(huì)導(dǎo)致變頻器溫度升高出現(xiàn)嚴(yán)重故障。

2）定期清理過濾網(wǎng)。變頻器的灰塵過濾網(wǎng)處容易堆積大量灰塵，一旦出現(xiàn)堵塞，冷卻風(fēng)循環(huán)不暢，直接導(dǎo)致變頻器內(nèi)部溫度升高。因此，要加強(qiáng)日常的巡回檢查，并定期進(jìn)行清潔。

3）定期檢查電氣接點(diǎn)。變頻器在長期運(yùn)行中其自身的不斷震動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致各個(gè)接點(diǎn)的緊固螺栓及線路焊點(diǎn)的松動(dòng)，應(yīng)定期對變頻器進(jìn)行檢查，根據(jù)實(shí)際情況，通常為一年停電檢查一次，確保運(yùn)行過程中不出現(xiàn)各個(gè)接點(diǎn)及焊點(diǎn)松動(dòng)現(xiàn)場。

［1］金傳偉，毛宗源.變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2000（9）：38-39.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.013

2015-07-16）

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