抑能节电装置在水泵控制系统中的应用

瞿淑琴 程 虎

(中国石油兰州石化分公司动力厂，兰州 730060)

水泵是石油化工企业生产中应用最广泛的动设备[1]，也是消耗电能主要负载的一部分，在电能消耗中占有一定额度的生产费用开支。随着科学技术的不断发展和经济改革的不断深入，节能、减排、降耗已成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一。笔者介绍了水泵控制的运行现状，给出了节电装置配置方案，并分析了其节电效果。

1 水泵控制运行现状①

企业生产过程中，水泵的控制以电气元件直接控制为主，运行状态为工频状态。水泵运行时工作点的参数由水泵特性曲线和管路特性曲线共同决定。工况调节是用一定的方法改变水泵特性曲线或管路特性曲线，用以满足用户对流量变化的要求。改变管路特性曲线最常用的方法是改变管路中的阀门开度，从而改变管路阻力特性，使管路特性曲线变陡或变缓，以达到调节流量的目的。

在水泵特性曲线上，对应任意流量点都可以找到一组与其相对应的扬程、功率和效率值，通常把这一组相对应的参数称为工况，其对应最高效率点的一组工况称为最佳工况[2]。在生产实践中，水泵的运行工况点是由管路特性曲线和水泵特性曲线确定的(图1)。在选择和使用泵时，要使水泵在高效区运行，以保证其运转的经济性和安全性。

图1 管路特性曲线与水泵特性曲线

实际生产过程中往往采用改变水泵出口阀门开度的方法控制给水流量，即节流调节，也就是在水泵特性曲线不变的情况下，改变管路特性曲线，产生水泵新的工况点。水泵各参数的变化如图2所示。其中曲线Ⅲ为离心泵出口调节阀开度最大时的管道特性曲线，此时离心泵的工作点为B，流量为qvB；将阀门关小，管路阻力增加，管道特性曲线变为曲线I，此时离心泵的工作点变为A，流量为qvA。从图2可以看出：采用节流调节离心泵流量时，有一部分扬程消耗在阀门节流时产生的附加阻力损失上，因此水泵A点的工作效率要低于B点的。

图2 水泵各参数的变化

水泵负载运行过程中存在较大的电能损耗，主要表现在：现场流量由阀门控制，在阀门和挡板上功率消耗非常大；负荷管路较长，管路损耗大；负荷端功率因数低，热阻损耗大，支路中cosΦ<0.75(Φ为功率因数)；水泵启停过程的瞬变电压、浪涌电流超标。因此水泵负载在实际应用中存在较大的节能空间。

2 节电装置配置方案

以某污水处理厂的3台水泵作为节电装置应用试点，选择3#水泵安装在EP-01- 45kW Effect Power抑能-水泵节电器上，7#水泵和9#水泵安装在EP-01-132kW Effect Power抑能-水泵节电器上，且都采用三相四线的串联接线方式。

抑能-水泵节电器采用优化空间矢量PWA控制，对工频电源进行逆变后，直接驱动电机并进行调速，以最适宜的转速为流体提供动力，满足负载对流体的需求，从而达到经济运行的目的。同时抑能-水泵节电器采用PID闭环控制[3](图3)，当受控客体受到干扰影响时，其实现状态与期望状态出现偏差，控制主体将根据这种偏差发出新的指令以纠正偏差，抵消干扰作用。该节能配置方案通过采集管道中的流量或压力参数，送入水泵节电器的DSP进行分析处理，再根据设置好的程序进行PID控制，提高了流量或压力精度。

图3 抑能-水泵节电器闭环控制原理

3 数据采集与效果分析

根据节电装置的运行情况和原理，采用美国福禄克43B多功能表进行数据采集。通过对比节电设备投入前后的参数差，从而计算平均节电率。为保证数据采集的可对比性，测试前后需在同一负荷下进行，且多功能表要固定在同一测试位置。节电率的计算式为：

数据测试点为某污水处理厂的3#、7#、9#水泵，分别测试节电器投入前后的电流和功率参数。节电状态下和不节电状态下的参数分别测试3组，每组两天，每天早、中、晚测试3次。表1为其中一组的测试数据和节电率。从表1可以看出，整体系统节电效果可达20%以上。

表1 测试数据及节电率对比

4 结束语

根据现场实际运行情况和测试数据，在同等工况条件下，按照每年运行6 000小时、电费0.69元/(kW·h)计算，未加入节电器时电费为(16.6+97.5+103)× 6000×0.69=898794元，加入节电器时电费为(12.2+73.1+77.5)×6000×0.69=673992元，共节约电费224 802元，为节电器投运之前的25.01%。同时加装节电装置后，节电装置输出电压稳定，功率因数提高，运行电流大幅度下降，有效提高了整体用电系统的使用效率，延长了设备的使用寿命，系统运行安全性能提高。

[1] 侯振宇，屈世栋.循环水泵振动原因分析及解决措施[J].化工机械，2010,37(5):666～667.

[2] 李宁，刘启新.电机自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3] 刘竹溪，刘景植.水泵及水泵站[M].北京：中国水利水电出版社，2009.