电能优化器在自来水厂的节能应用

张葆华

摘  要：在自来水的生产运营成本中，泵站耗电费用占有较大的比重，而泵站电耗主要反映在电机的用电量上。如果在不改变水泵机组扬程、流量的基础上，能降低电机的电流和功率，则可以起到节能降耗的效果。桂洲水厂使用的POWERCSG电能优化器通过优化电力质量的方法，减少电机15%的用电量，达到节能的目的。

关键词：供水泵站;电动机节能;PPO电能优化器

引言：自来水厂是城市企业用电的大户，也是耗能大户。供水企业中，自来水的制水成本中电费用所占的比重约50%左右，电力消耗占整个供水能源消耗的95%以上。因此，如何降低电耗成了供水企业的重中之重，也是提高企业经济效益的有效措施，同时对建设资源节约型社会具有重要的推动作用。

自来水生产过程中，泵站电耗是主要部分，是节能降耗关注的重点对象，而常用的节能手段主要通过加大机泵改造和维护、以及对泵房配电系统进行改造。顺德供水公司下属桂洲水厂在二级泵站使用了一种称为PPO电能优化器的设备，它通过改善电动机供电线路整体的电流输送质量来达到节能降耗的目的，下面我就这个PPO电能优化器的工作原理和使用情况向大家做个介绍。

一、PPO电能优化器的工作原理

电能在传输过程中，是以不稳定的态势进入导体的，所有形态的电子负载在电路中都是以一种不规则的运动轨迹在运动，这些不规则电子运动会导致所有负荷和导体产生腐蚀效应，同时电子的不规则运动会使它们相互间产生碰撞、摩擦和过度震动，从而造成能量损耗，损失的能量会以热、噪音、振动和电磁形式表现出来，最终导致电力传输上的损失。PPO电能优化器节电原理就是结合光电效应、光化学效应和康普顿效应的三个理论，通过发射红外波扰动电子的运行状态，改变电子的轨道特性，大量减少电子的相互碰撞，进而减少电能在传输过程中的损耗。PPO电能优化器与普通节电产品不同，它是一种专门针对各种电能质量问题而研发的系统，它带来了一种崭新的节电理念，其核心是一个获得专利权的波动发生器，里面的芯片产生的特定波长红外线可以改变电子的轨道特性，起到扰动电子、改变不规则电子的运动方向，从而大量减少电子碰撞、摩擦和减轻电子的过度振动。

二、PPO电能优化器在水厂节能降耗工作中的应用实例

桂洲水厂是顺德供水有限公司属下一个日供水量6万吨的水厂，其供水泵房有3台 280KW 与 2 台 200KW 水泵机组，是水厂电力消耗主要生产单元。桂洲水厂出厂水压力控制范围是0.38～0.46Mpa，供水流量约3500m3/h， 2014年PPO设备安装前桂洲水厂泵站电耗为178kwh/dam3，配水电耗4.45kwh/

（dam3*m），而全厂的综合电耗为231 kwh/dam3。

PPO电能优化器对泵房开展节能降耗工作可选择单机配置和泵站整体配置两种方案，单机方案即是在每台机组旁边配置与电机功率相近容量的PPO设备;泵站整体方案则是将泵站的所有机组作为一个整体而无需考虑单台机组的功率，然后根据泵站日常负荷配置PPO设备的总容量，并将其作为一个整体模块组旁接在供水泵站的电力供应端的主电柜旁。供水负荷是每日周期性波动，单机方案虽然投资大但效果好，而泵站整体方案相对投资少，并且调度灵活，节能效果则略逊于单机方案。

本次桂洲水厂作为PPO节能项目的试点最终采用了单机配置方案以保证最佳的节能效果，除去280KW的2号备用机组外，其余4台均根据电机功率配置了PPO设备，同时在二级泵站的主电力供应端及4个水泵的各个电力供应端上安装功率纪录仪并连通电脑设备。二级泵房的PLC工作站也24小时连续不断地对各台水泵机组的电流、功率和泵站流量、压力、清水池液位等相关参数进行实时监测，以量度二级泵站的实际总体与各个水泵设备的电力数据。

图-1  单台机组PPO接线示意

PPO设备安装好并接通电源后系统将会立即运作，对电子运动轨迹进行规范，开始节能工作。一般而言，针对24小时运作的马达设备其磨合期约为六周左右。由于水厂泵站机组会根据压力和流量的调节进行转换开停，因此优化期会相应延长以确保足够的磨合时间，在这期间并不影响供水泵房正常的生产调度，PPO电能优化器会自行做出智能調整，达到最佳效益。

图-2： 3号电机在PPO投入前后的运行电流对比

3号、4号电机于2015年5月18号投入使用，图-2和图

-3分别是从电脑上截图的PPO投入前后的电流数据对比与历史曲线变化。

节能量的计算方面，我们根据自来水厂的生产与工作特性，按该泵站每泵出一千立方米自来水的电机耗电量（简称电机单耗）来评估使用PPO设备前后对整个二级泵站水泵设备的整体节能效果，以配水电耗作为一个参考指标进行衡量，从而将供水流量、压力和机组搭配的影响降到最低。

每千立方米自来水生产耗能平均值计算公式：

（该泵站水泵马达每日总耗能千瓦时/每日供出自来水的总立方数）X 1000

4台机组PPO设备5月18日全部投入使用，6月10日二级泵站自动电容补偿柜退出运行。在PPO设备全部投入运行一个月后，水厂各能耗指标有明显的变化，虽然目前设备还处在磨合优化期，但其节能效果已经达到9%，后继的运行将会使节能量进一步增大，并最终有望达到15%节能效果。以下所示是各项数据比对表：

PPO设备投入后各机组电流变化

PPO设备投入后功率因数的变化

集中电容补偿柜没投入前，二级泵房功率因数：cosΦ=

0.76;集中电容自动补偿柜投入后，二级泵房功率因数：

cosΦ=0.96 。两个电容补偿柜的电流分别为I1=162A，I2=55A。集中电容补偿柜没投入， PPO优化器投入，二级泵房功率因数：

cosΦ=0.93，

三、PPO电能优化器的工作特点

（1）PPO电能优化器直接和用电设备进线端子并联，或者并联在离用电设备最近的配电箱。并联的设计的好处是最大限度的保证了目标设备的安全运营，即便PPO电能优化器出现故障，通过加装的断路保护器立刻隔离优化器，从而不影响正常生产。（2）PPO 设备到用电设备主电路的连接点的距离不能超过7 米。如果超出这一距离， PPO 设备对电路中电子的感应有效性将大幅降低，从而影响节能效益的发挥。（3）为了获得最佳的优化效果，用于连接PPO与用电设备的电缆必须是高品质的细芯线型， 如果使用低质量电缆，将影响电子的运动效率与排列，从而影响优化效率。

（如下图中，左面为最好，中间为次之，右边为最差。）

（4）PPO节能优化器在提供更顺畅的电力传递同时能延长用电设备的寿命。下图是红外成像仪观察优化前后电动机温度变化：

（5）PPO设备逐渐影响电路里的电子行为，提高整个系统的能量转移效率，其节能效果需要在系统内构造达到一个临界点后，其节能效益可以实现出来，依赖于不同的运行环境，这个磨合时间通常需要6～8周，而它所表现出来的第一个变化迹象就是无功功率的突然下降，这就表明PPO设备开始对电路产生影响了。（6）PPO设备在水泵長时间停止运作后的几天里重新启动，需要重新优化操作，以降低到其之前的最佳状态。

四、PPO电能优化器厂在水厂的应用前景

水厂传统节能工作均是从提高水泵效率、采用变频技术等几方面考虑，提高系统整体运行效率的方式进行节能改造，即通过限制和降低电动机原有的输出功率实现电动机省电的目的，这对于一些工作不稳定，不是满负荷运转的电动机，采用变频调速装置可以使电动机合理运行，避免了不必要的电能消耗。顺德供水公司10个镇街的水厂在陆续整合，近期不断有水厂关停或扩容、供水管网也在不断合并改造，致使各水厂供水压力范围还处于一个变化的过程中，采取上述传统的节能方法均有可能导致与今后的生产工况不匹配，造成重复投资或投资浪费的情况。而PPO电能优化技术无疑是一种持久有效、不受水厂水压、流量等工况影响的节能办法，在保证或提高电动机原有输出功率的条件下，通过提高电动机和所属回路的导电性，从而降低电动机和所属回路的阻性损失（热量损失）的节电方式，是可用能量守恒定律来衡量的节能技术，是真正意义上的节能。

根据电能优化器的工作原理和工作特性，我们可以看出，PPO电能优化器对于水厂的许多设备都有较好的节能效果，例如：以电动机带动的空压机、水泵、风机等常用设备。PPO电能优化器采用安全可靠的并联连接方式，最大限度的保证了目标设备的安全运行，这一点相比较目前普遍采用的变频器更加安全可靠，同时，电能优化器可以有效降低目标设备的热量、噪声和线路的腐蚀，延长了电机等目标设备的使用寿命，从而缩短了目标设备的更换周期，节约了大量的资金。综合评价PPO电能优化器，应该是一款高科技新型绿色的节能产品，可以帮助水司以崭新的方式继续挖掘节能的潜力。