给水泵节能技术改造

汪晨晖 刘华强

摘要：文章根据水泵电机变频调速节能优化性能曲线，对水泵电机变频节能控制原理进行了分析研究，并对水泵电机变频调速节能控制优势进行了简单归纳总结。最后，结合某企业2台给水泵供水系统节能改造实例，详细分析了变频控制相对工频控制所取得的节能经济效益。

关键词：给水泵；变频调速；变频节能控制；节能改造方案；变频调速节能优化性能曲线

中图分类号：TM621文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）03-0127-02

常规给水泵电动机采用定速继电器控制模式，给水泵出口流量、水压等技术指标只能依靠调节水泵出口阀门开度角来实现静态调节，节流损失量较大，输水管路损耗非常严重，其在运行过程中不仅会造成供水管网压力发生较大波动影响生产，同时还会造成巨大的电能、水能等资源浪费。另外，水泵电动机长期处于负载波动环境中，大大影响水泵电机综合使用寿命。从大量实际工作经验可知，水泵电机系统的节能降耗技术措施较多，但如何根据工程实际情况采取技术、经济等指标均比较优越的节能改造方案就值得我们共同研究探讨。变频调速节能降耗优化方案是给水泵电机节能改造最常用的技术措施，为此，对给水泵电机拖动系统采取变频调速节能升级改造方案的可行性和实用性进行分析研究就显得十分必要。

一、水泵电机变频节能控制原理

按照电机学基本理论可知，水泵电动机的输出转速与输入电源频率、转差率、以及电机极对数等技术指标有关。对于交流电动机而言，要实现其在实际运行过程中具有较高的动态稳定节能经济调节性能，可以采取变极数（调整电动机极对数P）、内部转子串电阻等（调整转差率S）、以及变频调速（调整电动机输入电源频率f）三种主要节能调速方案。从技术经济角度来看，调整电动机输入电源频率f较其它方案要更加优越，也就是给水泵电机变频调速控制系统从配电网中获得50Hz交流电源后，经过内部整流、滤波等电路转换成对应的直流电，再经直流逆变成频率f和电压U均可调的交流电源，作用在电动机上，实现对电动机的变频调节控制。给水泵电机变频调速控制系统可以根据用户需水量要求，动态调节优化给水泵电机经济运行曲线，确保整个给水泵电机拖动系统始终处于最优运行工况，达到节能降耗的目的。给水泵电机变频调速节能优化调节工况曲线如图1所示：

图1水泵电机变频调速节能优化性能曲线

从图1可知，水泵电机正常额定工况点为A，当用水用户需求水量从降低到过程中，如果采用常规阀门调节，则供水管网所具有的管阻特性将由（阀门全开）变化到，对应其工况点将会由A点跳跃到B点。给水泵电机运行工况的突然跃变将会给整个供水管网带来巨大冲击，影响用户的正常高效生产。而采用变频调速控制后，可以根据用户用水量需求动态调节给水泵电机转速，即通过改变电机拖动系统的性能曲线，达到节能降耗稳定运行的目的。在变频调速控制系统中，随需水量的变化，电机运行性能从额定转速降低到工况曲线上，对应其工况点也由A点平滑调至C点，实现节能降耗平衡动态调节。按照面积估算法原则，从理论分析角度来看，给水泵电机采用变频调速节能控制技术升级改造后，其比常规采用阀门变流量静态调节系统可以节约能耗如图1中阴影部分所示，其节能效果十分明显。

二、水泵电机变频调速节能控制优势

对水泵电机采取变频调速节能技术升级改造，不仅可以取得较为优越的节能效果，同时还可以大大提高给水泵电机拖动系统的运行性能和综合使用寿命，具体表现在以下多个方面：

1．变频调速速度控制范围较宽，理论上可以实现在1%～100%范围内的动态调节。

2．调节精度较高，通常可以达到±0.5%（额定转速工况下）。

3．给水泵电机拖动系统工作效率大大增加，其基本可以达到97%的电能转换效果，且功率因数也可以达到0.95以上。

4．能够保证电机安全运行。一般交流电动机的起动电流为其额定电流的6倍以上，而采用变频调速控制后，其可以起到明显软起动功能，起动电流不超过电机的额定电流。另外电机转速降低后，运行噪声降低，可以大大延长水泵电机综合使用寿命。

5．节电效果较为明显，与常规继电器直接起动系统相比，其节电效率可以达到30%以上。

三、给水泵电机变频改造节能效果分析

（一）技术升级节能改造方案

某企业供水系统配备2台给水泵（同时启动），其型号为2DG-10J，额定流量为270m3/h，扬程为1515m，转速为2980r/min，配置异步电动机型号为YK1600-2/990，功率为1600kW。初始由于受到投资资金等因素的制约，给水泵电机系统采用阀门调节。根据供水系统近3年的运行数据来看，由于该企业用水负荷波动较大，水泵电机的能源转换效率仅为31%，也就是说采用阀门变流量静态控制方式，整个给水泵电机拖动系统大约有50%以上的电能资源浪费在阀门变流量调节过程中。因此，为了提高供水系统运行经济可靠性，结合供水系统实际情况，遵循“最小改动、最大可靠性、最优经济性”等技术升级改造原则，决定采用变频调速控制对给水泵电机控制系统进行技术升级改造。

（二）节能经济效益分析

为了分析采用变频调速技术升级改造后，给水泵电机系统所取得的节能经济效益，将2台给水泵中的1#给水泵采用变频调速控制进行技术升级改造，并与工频运行的2#给水泵运行数据相比。2台给水泵实际运行数据如表1所示：

表12台给水泵不同控制方式实际运行数据

从表1可知，在各项技术指标均满足供水系统使用功能要求的前提下，1#给水泵相比2#给水泵其工作性能更加稳定，平均运行电流为93.83A，比工频运行电流164.70A，直接降低约71A，节能效果十分明显，节电效率高达34.5%。

相比工频控制下的2#给水泵，1#给水泵再经过变频技术升级改造后其节电经济效益十分明显，每月大约可以节约49.30-32.29=17.01（万kW.h），如果按照0.7元/kW.h计算，一台给水泵进技术升级改造后，每年大约可以节约电费约：17.01×12×0.7=142.9（万元）。

四、结语

通过上述节能技术与节能经济效益计算分析，可知在给水泵电机节能技术升级改造方案中，采用变频技术，不仅可以节约电能、水能等资源，同时还可以有效提高整个供水系统的综合自动化调节调控性能，减轻工作人员的劳动强度，降低了日常维修费用，减轻了电动机起动电流对电网、电机等得冲击作用，有效延长了水泵、电机等设备的使用寿命，是给水泵电机节能技术升级改造的有效途径。

参考文献

[1] 何超．交流变频调速技术[M]．北京：中国航空航天大学出版社，2006.

[2] 张文海，谭红军，车吉善，等．电动给水泵变频调速改造可行性研究[J].电机控制与英语，2008，35（4）．

（责任编辑：叶小坚）