水泵变频节能方案

吴方科，常守军，付来文

（潍坊滨海经济开发区规划设计院，山东 潍坊 2 6 2 7 3 7）

水泵变频节能方案

吴方科，常守军，付来文

（潍坊滨海经济开发区规划设计院，山东 潍坊 2 6 2 7 3 7）

为了降低循环水泵电耗，我公司在循环水供水系统中安装智能性全自动跟踪节电器。文章介绍了节电器的原理以及系统组成方案，并通过实际运行数据分析它的节电效率。

水泵；节电器；节电原理；节能方案

当今时代，能源在社会发展中的地位已不可替代。如何保持社会的可持续发展是我们必须要面对的问题。水泵作为生产中的一种通用机械，消耗着大量的能源。在我国，每年水泵的电能消耗占总电能的2 1%。本文介绍一种节能方案，该系统可根据管口瞬间压力变化，自动调节某台循环水泵的转速，使管口保持在一定的设定压力值，并满足生产需求，使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。

1 运行情况

氯化钙厂三车间现有3台2 5 0kW循环水泵（开2备1），随着外界环境温度和生产负荷的变化，对循环水流量进行相应调整，通常情况下电机负荷会在1 0%～7 5%范围内波动。实际运行中供水最高处为2 0m，通过检测泵出口压力，确定0.3 5～0.4 MP a即可满足生产。我厂2 5 0kW水泵设计流量1 2 5 0m3／h，扬程5 5m，设计裕量较大。正常情况中，一台泵出口全开，另一台泵用阀门控制开度在1／3左右，而阀门调节增大了管路阻力，造成电能浪费。

2 节电技改方案

为满足生产需要和节能要求，建议加装变频器节电系统，用全自动控制代替节流阀控制流量，实现节能和稳定供水的双重要求。

针对水泵实际工作情况，经过多方调研，我们决定安装智能性全自动跟踪节电器，该节电器在国际节能节电领域处于领先水平，融合欧美、日本等国的先进技术，处于国际先进水平。其优势和国内外同类产品相比具有以下优势：1）节电率高，可达3 0%～5 0%；2）维持原用电设备的工作状况和性能；3）对电机还有延长其使用寿命的作用。

3 节能原理

1）水泵的节电原理是用全自动控制代替节流阀控制流量，这是一个节电的有效途径。水泵的特性曲线如图1所示。在用阀门控制额定电流Q1＝1 0 0 %输出时，则轴功率N1与面积AH1OQ1成正比，若流量减半Q2＝5 0%输出时则轴功率N2与BH2OQ2成正比，它比N1减少不多，这是因为需要克服阀门阻力增大水压所致。如果采用全自动控制，同样流量减半输出时转数由n1降至n2，按水泵参数比例定律画出n2时的特性曲线，C点为新的工况点，这时轴功率N2与面积CH3OQ2成正比，在满足同样流量Q2情况下，轴功率降低好多，节省的功率耗损△N与面积BH2H3C成正比，可见节电效果十分显著。

图1 水泵的特性曲线

2）节电器核心技术就是采用进口的特殊材料及高科技微电脑控制技术。也就是将用电设备运行的参数输入智能化控制系统，它通过实时检测电机负荷的变化情况，应用最优化的控制原理，动态调整电机的运行状况，使其与负载相匹配，从而有效地提高在低负荷和部分负荷下的用电效率，达到节约电能的目的。

4 节电供水设备的系统组成

变频器是整个节电供水系统的核心部分，其系统组成框图如图2所示。水泵电机是输出环节，转速由变频器控制，实现变流量恒压控制。变频器接受P I D控制器的信号对水泵进行转速控制，压力传感器检测管口出水压力，把信号传给P I D控制器，通过P I D控制器调节变频器的频率来控制水泵的转速，实现了一个闭环控制系统。由于所选节电器本身具有P I D调节功能，可以不选用外置P I D调节器，使调节更加平稳。

图2 节电供水系统组成

5 本方案优点

1）节能，减少使用电流及线路损失。可以实现节电2 0%～3 5%，能实现绿色用电。并增加变压器用电容量。

2）安装方便，可直接在配电柜内安装，投入少，效率高。

3）配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠，对电机有过流、堵转、欠压、过压、短路等保护功能。

4）运行合理，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应，而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且循环水泵的寿命大大提高。降低线路温升，强化用电设备安全，确保生产连续性。

5）能实现节电运行模式与工频运行模式的自由切换。当节电器出现故障，切换到工频模式，确保生产连续性。

6）本节电器硬件采用国外进口配件，确保节电器安全性及可靠性。

7）无极全自动控制，并避开机械共振点，减少运转噪音。

8）本方案综合经济指标显著，实现全自动控制，免人工操作。

9）本节电装置采用先进矢量控制，能自动跟踪水泵电机最佳节能工作点，普通V／F控制法无法自动跟踪工作点。

6 节电效果分析

6.1 投用情况

节能改造前，2台水泵正常运行时电流4 2 0A，单台每小时用电量2 2 3.8k W h；节能改造后，根据安装电度表实际测量不同运行频率下的测量数据如表1。

表1 不同运行频率下的测量数据

在满足工艺要求前提下，2台全开，工频5 0H z运行时，节电率（2 2 3.8－2 1 5）／2 2 3.8＝3%节电不明显；变频4 5～4 6H z运行时，可实现节电率（2 2 3.8－1 7 0）／2 2 3.8＝2 4%。

只开1台，在5 0 H z运行时，可实现节电率（2 2 3.8×2－2 7 6）／2 2 3.8×2＝3 8.4%。

6.2 效益分析

节能改造后，每年可节约电费3 8.7万元。安装2台节电器约投资2 5万元，其投资回收期不超过8个月。节电器最低使用期限1 0年，有着较好的长期经济效益。

T M 3 4 4.6

B

1 0 0 5－8 3 7 0（2 0 1 2）0 4－4 4－0 2

2 0 1 2－0 6－0 4

吴方科（1 9 7 3—），毕业于青岛化工学院，现任潍坊滨海经济开发区规划设计院工程师。