工业水泵电机的变频节能改造

祝辉

摘要：随着我国经济的发展和科技的进步，我国的工业水泵电机节能改造问题得到了一定的解决。很多水厂由于建设初期选择的水泵电机功能较差，这样的水泵压力过高，机电超负荷工作，导致水泵的寿命缩短，增加成本，影响收益。对工业水泵的电机功能进行变频节能改造，可以最大限度地节省水泵不必要的流量浪费和电力资源浪费，进而提高工业水泵的工作质量和工作水平，在一定程度上也可以促进我国工业水泵的发展。

关键词：工业水泵；电机；变频；节能改造

一、概述

（一）工业水泵情况及目前运行情况

工业水系统共有A，B，C3台相同的工业水泵，用以发电机组设备的冷却水，其电机额定功率为132 kW，额定电流为237 A。设计压力为0.65 MPa，设计流量为485 t/h。 正常运行方式为两台工业水泵正常运行，一台工业水泵备用，由于建厂初期工业水泵选型配置不当，出口压力过高，正常运行时达0.65 MPa，而根据现场实际需要，系统只要在4.3 MPa压力以上即可满足现场设备冷却所需。

同时还存在工业水泵出口门全开释时，流量偏大及电机过电流的问题。因此，在实际运行中需要大幅度节流出口门。

根据现场数据表明，当工业水泵出口门开至30%左右运行时，此时工业水泵电机电流己达220A左右，出口门前压力为0.8MPa，而出口门后压力只有0.35 MPa，有50%以上的电能损失在出口1'7上。

另外，在春、秋、冬季工业水用水量相对较少时候，还可以维持2台泵运行，而在夏季用水高峰时，2台泵运行将发生电机过负荷发热，严重影响电机的使用寿命，此时需要3台工业水泵同时运行，每台电机电流为200 A左右，泵的总流量为1050t/h，总消耗功率近340 kl，而有效功率仅为100 kW左右，实际运行效率只有30010，严重影响发电机组的经济。

（二）改造效益的分析

1.物理学原理

根据流体力学知识，采用变频调速方法节能的原理，是基于流量、压力、转速、转矩之间的关系：水泵流量与转速的一次方成正比，压力与转速的二次方正比，而轴功率与转速的三次方成正比。当需求流量下降时，调节转速可以节约大量能源。例如：当流量需求减少一半时，如通过变频调速，则理论上讲，仅需额定功率的12.5%，即可节约87.s%的能源。如采用传统的机械机构调节方式，节约效果与变频根本无法相比。

2.经济效益分析

根据现在工业水泵运行状况，春、秋、冬季现在消耗240k功率，变频改造后不足110kW，预计能够节约50%左右的电能；夏季现在消耗近340 kW功率，變频改造后不足140 kW.预计能够节约近60%的电能。

（三）改造的可行性

根据实际情况分析并本着节约改造资金的原则，对A，C工业水泵进行变频恒压技术改造即可满足现场需要。B工业水泵节流出口门至一定开度备用，A，C工业水泵任一台跳闸，B泵联启，短时运行，跳闸泵处理好后投运，退出B泵。改造后，将会提高工艺流程控制精度、降低能耗、操作方便，能带来较大的经济效益。

二、改造方案

（一）改造范围 A，C工业水泵电机的电源系统及控制系统。

（二）改造要求

要求A，C工业水泵电机全自动变频供水。具备如下功能：根据工业水管网用水量的变化，自动调节工业水泵的转速，使管网始终保持恒定的设计水压和所需流量，以达到提高供水质量、高效节能的目的。

三、改造实施

（一）电气动力接线方式改造

A，C工业水泵变频器控制柜电源取自原380V水工A段A，C工业水泵电源开关。原A，C工业水泵电源开关不做改造，包括其原有的控制方式不变。

（二）电气开关部分

增加变频器装置控制切换开关，使变频装置具有手动、自动控制方式。手动和自动控制方式可以切换，切换开关位干变频器控制柜面板上。同时具备以下功能：

1.具有就地手动输入调节功能。

2.具有就地自动调节功能。

3.变频装置设有“急停”按钮。取消电机原就地事故按钮。

4.就地具有显示频率、故障报警功能，以便于运行人员和检修人员能辨别和解决所出现的问题。

（三）增加变频器至C工业水泵电机部分动力电缆

为节约资金，充分利用原有设备，原电机动力电缆改造后仍可使用，但需新增加变频器至电机部分电缆，长度约20 - 50。

（四）PLC控制部分方案

1.PLC控制原理

水泵属于典型的平方转矩负载，该负载和速度的平方成正比，用交流变频调速对电动机转速进行控制，同时为了达到上述改造要求，保持水压恒定，采用压力参数进行控制。安装压力传感器采集工业水泵出口压力信号（PV），变频器通过PiD调节来改变电机频率，从而形成一闭环调节系统进行闭环控制。同时，在弱酸控制室实现运行人员远方操作和监视。

2.压力传感器 它能够向变频器输人4-20 mA的水压信号，满足变频器自动调节使用。

3.在弱酸控制室上位机可进行如下操作和监视：

a）监视功能

·变频器故障，通过变频器颜色变为粉色提示故障报警。

·变频器运行状态显示，变频器颜色变红为运行状态，颜色变绿为停运状态。

·工业水泵电机转速信号SP显示。

·工业水泵出口母管压力P显示。

·C工业水泵电机电流的显示。

b）操作功能

·变频器远方启动。

·变频器远方停运。

（五）新增变频器控制柜

在弱酸工业水泵房值班室内安装一个不锈钢变频器控制柜，变频器控制柜要求及具体位置根据现场实际情况，并符合相关电气技术要求。

四、结语

（一）改造后实现了能量优化控制

改造后系统稳定可靠的运行，充分发挥系统的节能潜力。系统的核心装置一变频器，动态响应速度快，能精确的跟踪设定点，并且启动时自动识别电机参数功能，搜索最小的能量消耗点，实时自动升高和降低电机频率，实现能量优化控制。

（二）带来的综合效益

1.改造后电机的启动平稳，启动电流在额定电流以内，对电网无冲击；减少了电机的振动和噪音，实现了软启软停，延长了电机的使用寿命，减少了电机的维护量。

2.压力的调节更精确，提高了工艺指标及自动化程度，减轻了工人的劳动强度。

3.变频器本身具有缺相、过压、欠压、过流、过负载、堵转、电机温升等保护功能，电机运行更可靠。

4.降低了生产成本，提高了经济效益。

5.提高整个工业水系统运行的可靠性。

参考文献：

[1]吴秀清，周荷琴.微型计算机原理与接口技术[M].合肥：中国科技大学出版社，2001.

[2]明辉，李玉华.热工自动控制仪表[M].北京：水利电力出版社，2005.