变频调速技术在水厂的实际应用

时间：2015-05-18 19:54:22

关键字：功率电源技术解析

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[导读]1 概述中国石化上海石油化工股份有限公司是一个大型石油化工企业，也是一个用水大户。为满足前方设备大量的用水需求，其下属水厂配备的水泵功率都在几百kW以上，这些水泵的

1 概述

中国石化上海石油化工股份有限公司是一个大型石油化工企业，也是一个用水大户。为满足前方设备大量的用水需求，其下属水厂配备的水泵功率都在几百kW以上，这些水泵的装机容量是按最大负荷和所需扬程来设计的。但在实际生产过程中，不同时段出水流量变化迥异，大多数时间水泵处于不饱和流量状态，所以需频繁地调整水泵的出水流量来维持出厂水压力，以达到供、用水的平衡。

传统方式下，主要是通过调整出水阀门的开启度来调整水泵出水流量，以实现调压的目的，从而造成大量电能的损耗。随着变频调速技术的飞速发展，及变频器在大型机泵上的成功应用和实现的良好节能效果，变频器在机泵上的应用逐步得到推广。

2 调速节能原理

采用阀门节流法、变频调速法调整水泵的出水流量，水泵工作特性会有所不同，其工作性能曲线如图1 所示。

在图1 中，R1，R2分别表示不同阻力下的管阻特性曲线，N1，N2分别表示不同转速下的扬程特性曲线，管阻特性曲线与扬程特性曲线的交点就是水泵的工作点。假设目前水泵在A 点工作，要求出水流量从q圆减小到q1，采用阀门节流法就需调小阀门开度，此时管路阻力增大，而水泵转速维持不变，管阻特性曲线由R1转变为R2，扬程从h0 上升到h1，水泵的工作点从A 点移到了B 点;采用变频调速法就需调低水泵转速，此时管路阻力不变，扬程特性曲线由N1 转变为N2，扬程从h0 下降到h2，水泵的工作点从A 点移到了C 点。

很明显，同样是将出水流量从q圆减小到q1，采用阀门节流法要比变频调速法多消耗h1原h2 压差的能量，而这部分能量是无效的，因此采用变频器调速法实现节能的效果要好于阀门节流法。

另外，按照流体机械相似定律，水泵的流量q、扬程(压力)h、轴功率P与转速n 遵循比例定律，即q1/q2=n1/n2，h1/h2=(n1/n2)2，P1/P2=(n1/n2)3。由比例定律可知，当出水需求流量下降时，采用变频调速法只要相应地调低水泵的转速，就可成倍地减少水泵的轴功率需求，采用阀门节流法水泵的轴功率需求始终维持不变，同样证明了采用变频器调速法实现节能的效果要好于阀门节流法。

3 应用实例

2008 年我厂在低硅水车间802# 机泵上选用了安川公司CIMR-MV1SDC630 高压变频器，以此为例，分析变频调速的实际运行效果。802#机泵基本参数如表1所列。

为了便于分析802# 变频机泵的节电效果，抽取低硅水车间802# 变频机泵改造前、后水泵在不同出水量状态下的电单耗对比如表2 所列。

根据表2所列数据计算，低硅水802#变频机泵改造前平均电单耗为255.97 kW·h/kt，改造后平均电单耗为175.91 kW·h/kt。因此，802#变频机泵改造后与改造前相比，每1 kt 出水可节电80.06 kW·h，相对节电率为31.3%。

802#机泵的年出水量约为15 Mt。根据上述计算结果，每1 kt 出水可节电80.06 kW·h，则802#机泵全年节约电量为1 200.9 MW·h，以每kW·h电费0.58 元计算，则每年可节约电费69.65 万元。

当初将802# 变频泵改造投资约160 万元，设备一次性投资在2年多内全部收回。

4 采用变频调速的其他特点

4.1 提高功率因数节能

安川变频器采用阻容滤波，相当于在电机与电网之间加入了一级容性隔离。变频器中的滤波电容与电动机进行无功能量交换，因此变频器实际输入电流减小，从而减小了电网与变频器之间的线损和供电变压器的铜耗，同时减少了无功电流上串电网，使整个系统的功率因数大为提高。

802# 变频调速机泵运行时功数因数始终保持在0.97 以上，而非变频机泵运行时功率因数通常在0.8~0.85，因而变频调速同时实现了补偿功率因数带来的节能。

4.2 实现自动恒压供水

阀门节流法是通过人工改变出水阀开启度的大小来适应管网用水量的变化，因而水量变化越大，操作人员调节阀门也就越频繁;而采用变频调速就可利用水泵出口压力传感器将信号传输至变频器的PID控制宏，构成变频器的闭环系统，实现水泵转数的自动调节，使流量随用水量的多少而自动平衡。