电机水泵节能降耗的应用方案

摘　要：本文首先对电机水泵进行了简要的介绍，指出其节能降耗的必要性，并从无功补偿滤波及采用变频器方案出发，对电机水泵的节能降耗提出可行的实施方案，为自来水厂提高效益提供可靠的借鉴。

关键词：电机水泵；无功补偿；滤波变频器

一、水泵概述
　　水泵作为一种常用机械，它的主要功能是输送液体或增大原有液体的压力。它的途径是增加液体能量，主要可通过将原动机的机械能以及其他外部能量传送给液体来实现，常用的输送液体有水、油以及酸碱液、悬乳液、乳化液和液态金属等，液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体也可。目前情况下，对水泵性能进行衡量的常用技术参数有流量、扬程、吸程、水功率、轴功率、效率等；水泵在不同的工作原理下可细分为叶片泵、容积水泵等几种类型。叶片泵传递能量主要利用的是回转叶片与水的相互作用，又分为轴流泵、离心泵和混流泵等类型；而容积泵传递能量则主要是利用其工作室容积的变化。
　　通常降低水泵的能耗，主要有以下几种举措：优化泵站设计，选用高效水泵；科学调度，提高泵组运行效率；及时淘汰更换役龄过长、效率低下的机泵设备；采用无功补偿兼滤波装置；应用变频器等。
 二、水泵节能降耗措施实践
　　1．无功补偿概述和工作原理
　　现将无功补偿工作的基本原理做简单介绍：电网输出的功率包括有功功率和无功功率两个部分。所谓有功功率，是指能够直接消耗电能，将电能转变为热能、机械能、化学能或是声能，并且能够使用这些能作功的功率；所谓无功功率，是指那些并不消耗电能，而仅仅是将电能转换为另一种形式的能，此种能在电网中与电能进行周期性转换，是电气设备能够作功所必须的条件。比如电容器建立电场所占用的电能以及电磁元件建立磁场占用的电能，都属于此种能。当在电感元件中的电流作功之时，电流相较于电压滞后90°，但是，在电容元件中电流作功之时，电压反而相较于电流滞后90°。那么，在同一个电路中，电容电流和电感电流方向相反，互差将达到180°。但是，如果将电容元件有比例地安装在电磁元件  电路中，相互抵消电容和电感的电流，电压矢量和电流矢量之间的夹角就会缩小。
　　无功补偿通过把具有容性功率负荷的装置和感性功率负荷在同一电路上联接，使得能量得以在两种负荷之间实现交换。如此一来，容性负荷输出的无功功率可以补偿给感性负荷所需要的无功功率。这就是无功补偿的具体实现方式。
　　无功补偿的原理是把负荷等效成电压源。通过“抵消”一部分的感性无功电流，使之注入上一级PCC（公共连接点）总的无功电流减小。
　　2 无功补偿的作用
　　无功补偿一经使用后，能够收到以下效果：
　　a、有效降低电力损失，通常情况下，根据不同的线路及负载情况，工厂动力配线的电力损耗在2%--3%上下，使用电容后，功率因数得到提高，从而总电流得到降低，供电端与用电端的电力损失也可有效减小。
　　b、大大改善供电的品质，使功率因数得到提高，负载总电流及电压减少。同时，在变压器二次侧加装电容也可大幅度地改善功率因数从而提高二次侧电压。
　　c、有效延长设备的使用寿命。由于功率因数改善后，线路的总电流减少，那些接近或已达到饱和的开关、变压器等设备以及线路的容量负荷可大大降低，由于温度每降低10°C，电器寿命可延长1倍，因此可以通过降低温升来增加设备的寿命。
　　d、达到电力系统对于无功补偿的相关监测标准，从而避免因过低的功率因数而导致的罚款。
　　（二）采用前置泵低压变频调速技术
　　空压机变频器节能改造之前，也就是未使用高压变频器之前，管网的水压调节通过人工开停一台中泵得以实现，管网的大幅度水压波动会造成较差的调节线性度，从而导致能量的大量损耗。加上泵操作的频繁开停，供水的可靠性也会下降，给机组的稳定运行造成阻碍。
　　安装高压变频器后，通过无级调速水泵来对管网的水压进行控制，从而实现了供水的恒压，减少水泵的经常性人工开停。通过水泵自身的调速特性，不仅可以合理调节水泵的出水量，还能有效降低电动机的能耗，实现工艺改善和降耗节能的双重目的。
　　所谓前置泵低压变频调速技术，是以双泵的串联为基础，通过变频控制前置泵，让注水泵的工作点始终保持在最高泵效，因而才能使系统效率达到最高，并且实现节能的目的，同时可以对系统运行参数进行智能调节。增压泵与注水泵串接，调节小功率增压泵是利用小变频调速系统，以此达到对大功率注水泵的调节以及控制的目的。这种方式的实质是利用信号放大的功能，实现系统压力以及流量可调。这个系统是注水泵和增压泵共同构成的，注水泵主要是用来驱动电机，增压泵驱动电机并且保证运行的一个润滑系统，由计算机控制系统、供电系统、水冷却系统、仪表测控系统以及低压变频调速系统等组成。为注水泵提供吸入压力的是小功率增压泵，并且保证两泵恰当匹配；然后通过计算机系统、仪表系统以及变频调速系统的调节，让高效区行范围很窄的注水泵工作在高效区，实现系统效率提高。主泵也即高压泵的部分功能是由小泵也即增压泵来负担的，在同一流量下，相比于高压泵，中低压泵的功耗小很多，尤其是对主泵进行拆级后，中低压泵会有更为显着的节能效果。大泵所节约的能量用于小泵绰绰有余，从而促进能耗的降低。通过对转速产生的输出量和DCS速度给定的大小进行比较，变频器可实现对电动机转速的自动调节，从而有效控制水泵的转速，收到调节水压的效果。上述的改造仅将并联水泵机组中的一台大泵作为对象，正常运行工况需要变频泵、工频大泵和中泵各一台，因而3台并联水泵各自的出口压力共同决定了管网总出口的压力，因此变频泵在太低的频率下是无法运行的，强制运行可能造成倒流或不出水等后果。
　　值得一提的是，如果频率太低，会造成整体压力的下降，对于管网系统对于扬程的总体要求也就满足不了，水泵如正处于工频定速运行阶段，也容易发生过流现象。以往的运行实践经验证明，当工频泵与变频泵同时运行时，应将变频泵的最低频率控制在40Hz以上，这样不仅能够达到运行的需要，也能实现对出水量的连续调节。
　　
结论
　　进入十二五，“节能降耗”已是社会发展的主流，自来水公司是城市用电企业中的耗能大户，本身由于供水设施建设改造投入的不断增加，以及供水生产经营服务所需电价、原材料等成本提高遭遇发展瓶颈，因此节能降耗对对于自来水公司来讲显得格外的迫切与重要。通过以上两种节能方案的研究与实施，使供水企业能耗大幅下降，供水成本也得到了有效降低。
节能降耗的重要性不言而喻，它可以充分激发企业发展的潜力，打破发展的瓶颈，这正是自来水公司目前最需要的，自来水公司抓住“节能降耗”机遇，实现“低碳”转型便轻而易举。

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