水电厂水泵变频应用节能分析

曾永峰　熊益峰　李小刚　马会霞（.玉门油田分公司水电厂；.玉门油田分公司规划计划处）



水电厂水泵变频应用节能分析

曾永峰1熊益峰1李小刚1马会霞2（1.玉门油田分公司水电厂；2.玉门油田分公司规划计划处）

介绍了水泵变频调速控制系统的技能原理及节能潜力分析，以玉门油田水电厂锅炉给水系统改造为例，通过变频调速改造，实现了锅炉给水系统的恒压控制，从而达到了不必人为调节，管道水压任意设定，管道水压稳定无波动，节能节电的目的。水泵采用变频调速控制，节能效果显著，具有明显的经济效益和社会效益。

水泵变频调速节能降耗

变频器主要用于交流电动机（异步电动机或同步电动机）转速的调节，是交流电动机最理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有显著的节能作用。以电力行业为例，国家电改方案对电厂的成本控制提出了要求，降低内部电耗成为电厂关注焦点，因此变频器在电力行业有着巨大的发展潜力。

1　变频器应用

1）低压变频器应用。由于低压变频器投资成本少，改造量小，玉门油田水电厂较早试用，在四、五、六期锅炉给粉系统、汽机凝结泵、供热循环泵、渣油泵中使用。这些低压电动机构成的动力系统由于调节频繁，起伏较大，或设计富裕，用水量季节性变化，存在低负荷的耗能现象。低压变频器的使用，较好地解决了这些问题，起到了节能的效果。

2）高压变频器应用。玉门油田水电厂有7台发电机组，9台锅炉，12台给水泵，总装机容量123MW。给水泵是发电生产过程的关键设备之一，承担给锅炉供水的重要任务，同时也是主要的耗能设备，给水泵用电量占全厂用电量的25%，年耗电量达2000×104kWh，存在给水泵多、电耗偏高、部分给水泵利用率偏低等问题。据数据统计，调节阀开度大多在20%～60%之间，节流损失较大。同时给水泵在高压力下运行和压力频繁波动对整个系统的管道和阀门不利，冲击力大，易产生泄漏，维护量大，维护费高，影响系统使用寿命，并多次因给水系统泄露而引起锅炉停炉。而调节阀调节水位是一种经济效益差、能耗大、运行费用高的落后办法，且系统调节性能差，响应速度慢。为改变这一现状，目前共有5台给水泵经变频调速技术改造，经过几年的运行，取得了预期的效果，投资成本也已收回。

2　变频调速节能原理

变频调速的基本原理［1］是根据交流异步电动机的转速关系：

式中：

f——电动机的电源频率，Hz；

p——电动机极对数；

s——转速率；

N——电动机转速，r/min。

由式（1）可知，在电动机确定的情况下，改变电动机电源频率，就同步改变电动机转速。电动机转的慢，轴功率减少，电动机输入功率也随之减少。

在管网阻力特性不变的情况下（即调节阀开度不变），根据水泵特性曲线［1］可知给水泵的流量、扬程、轴功率和转速之间的关系为：

式中：

Q1、Q2——给水泵流量，m3/s；

H1、H2——给水泵扬程，m；

P1、P2——电动机轴功率，kW。

N1、N2——电动机转速，r/min。

给水泵特性曲线见图1，曲线②和③分别是不同的管阻曲线（调节阀开度即调节管阻）。

图1　给水泵特性曲线

1）通过调节阀开度调节流量：当流量由Q1降低到Q2时，由于电动机固定转速N1运行，只能通过调小阀门开度来完成，此时管径内压力上升，水泵扬程由H1上升到H2，上升的扬程对于给水系统做无用功，造成大量能耗浪费。

2）通过变频调速调节流量：当流量由Q1降低到Q2时，由于可以改变电动机转速，降低电动机电源频率实现转速N1降低到N2，在阀门开度不变的情况下，管道阻力不变，水泵扬程由H1下降到H3，实现了减少流量的同时降低扬程，达到节能目的。

3　效益分析

3.1直接效益

玉门油田分公司技术检测中心针对其中2台给水泵（1#、14#）进行改造，改造后具体数据见表1。

表1　给水泵电动机负载测试

经改造后2台给水泵明显改善了工作效率，1#、14#给水泵电动机输入功率明显降低，功率因数提高，全年节电率分别为21.87%、13.98%，输入功率分别下降了318.49 kW、47.93 kW，1#给水泵全年统计运行4526 h，电费0.5元/kWh计算，全年可节电144.1×104kWh，节约费用72万元；14#给水泵全年统计运行4856 h，电费0.5元/kWh计算，全年可节电23.3×104kWh，节约费用11.7万元，2台给水泵年节约费用共83.7万元。节能效果非常明显，达到了节能改造的目的。

3.2间接效益

1）给水泵变频改造后，通过PLC控制，实现DCS操作，能够平稳地调节流量，操作人员对系统的调整控制更为方便。

2）改善控制系统的工作状况，使系统自动调节性能提高。

3）改造后给水流量及出口压力都能很好满足生产工艺的要求，水泵可以随机组负荷的变化而调节输出功率，达到节能目的同时，也减少了管压，降低了泄漏的风险。

4）减小了因阀门开度调节导致的节流损失，提高了系统效率。

5）由于变频器具有对电动机软启动和保护等功能，启动电流减弱，减少了对电网的冲击，降低了电动机、电缆等设备的损耗。

4　结束语

玉门油田水电厂通过大量的变频器应用来提高动力设备的效率，降低用电率，给水泵变频改造效果尤为明显，但在实际运行中还应注意发下问题：

1）保证环境通风。高压变频器运行时会造成周围环境温度升高。因此，在变频器的设计安装中，必须考虑环境通风，否则会导致变频器温度升高出现严重故障。

2）定期清理过滤网。变频器的灰尘过滤网处容易堆积大量灰尘，一旦出现堵塞，冷却风循环不畅，直接导致变频器内部温度升高。因此，要加强日常的巡回检查，并定期进行清洁。

3）定期检查电气接点。变频器在长期运行中其自身的不断震动，会导致各个接点的紧固螺栓及线路焊点的松动，应定期对变频器进行检查，根据实际情况，通常为一年停电检查一次，确保运行过程中不出现各个接点及焊点松动现场。

［1］金传伟，毛宗源.变频调速技术在水泵控制系统中的应用［J］.电子技术应用，2000（9）：38-39.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.013

2015-07-16）

曾永峰，2009年毕业于兰州理工大学，从事变配电检修及设备维护工作，E-mail：370687223@qq.com，地址：甘肃省玉门市老市区玉门油田水电厂电气车间，735200。