热源厂循环水泵变频节能改造方案分析

【摘要】对变频器使用前后的节能效果进行比对，分析了水泵变频调速节能效益；同时分析了用智能控制系统对循环变频系统进行优化。

【关键词】节能；水泵；变频调速；智能控制

一、前言

供热企业热网循环泵在供热期间需要随采暖负荷，外部温度，供回水温度情况进行调节，循环泵需要满载运行的情况很少。90%的时间工作都是在非满载运行的状况。循环泵在工频下全速时，产生大量的电力损失，增加了企业的电费成本。在使用变频调速装置后，可根据需要调节循环泵转速，可以提高电机转速的控制精度，使电机在最节能的转速下运行。根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需水量减少，循环泵转速降低时，其功率按转速的三次方下降，精确调速的节电效果理想，由于电机轻载运行的时间所占比例较高，使用变频调速可提高轻载运行时的电机效率达到节电效果可观。

二、参数计算

对于热源厂使用的循环泵功率较大，只用工作流量变化范围大小确定节能效益的大小就不正确了，应根据转速变化范围确定节能效益的大小才正确。

泵的功率N1、供水量Q1与泵转速n1三者的关系如下式：

1、电机所耗功率与电机转速3次成正比，即N1/N =（n1/n）3

2、流量Q与电机转速成正比，即Q1/Q= n1/n

3、扬程与电机转速的平方成正比，即 H1/H= （n1/n）2

4、电机轴功率P与水泵流量Q及扬程H之间有如下近似关系P=2.73HQ/η，

式中：Q—额定流量，N—额定流量Q时的轴功率，n—水泵的额定转速，H—扬程，P—电机轴功率η为泵的效率

因额定流量Q=100%时，n=100%，N=100%，若n1=90%n时，Q1=90%Q，N1=72.9%N，即可节电27.1%。若n1=80%n时，Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可节电48.8%。当然，这种理论上的估算只能作为一个参考，在水泵的实际工作运行中，由于各种因素的影响，不可能完全达到这样的节能效果，工作实际中节电效率约为25%左右。

由此分析，单对循环泵进行频改造就是有很大的节能空间的，但想进一步优化循环系统运行效率，就需增加智能控制系统，通过RS232HE RS485接口与上位计算机或PLC通讯控制，保证远程有线或无线控制。

三、智能控制系统构成

电源部分由接触器、断路器、电流互感器及电压、电流、有功功率表组成，断路器的作用是当出现严重故障而执行单元又不能自动停机时，由人工分闸，直接断开其供电电源。

切换部分由两台机械联锁的接触器组成，其主要作用是实现执行单元和旁路等系统之间的切换。

继电控制部分由继电器，380V/220V控制接触器、DC24V电源组成，其主要作用是完成本系统所需的所有逻辑判断及控制。

操作面板，供值班人员使用，对系统实施启、停车、复位远端控制，并监控电压、电流、故障、停运、停车、自动卸荷、增开、减开等信号。

四、系统经节能改造后的功能

采用高效闭环控制系统控制，可按需要进行软件组态设定温度、压力进行PID调节，使电机输出功率随负载变化而变化，在满足使用要求的前提下达到最大限度的节能。

方便调节方式，可设定压力、温度，电压电流等参数可现实在面板上，设置和调节监控功能使用方便，为远程计算机控制预留接口。

由于降速运行和软启动，减少振动和磨损，延长设备维护周期和使用寿命，提高设备的MTBF（平均故障间隔时间）值，并减少电网冲击，提高系统可靠性，减少维修费用。

系统具备各种保护措施（过流、过压、过载、过热、电机相间和对地短路等）且系统具有BIT（自检测）功能，使系统运转率和安全性大大提高。

系统可选择自动或手动方式控制，可选择工频或变频节能方式运行。在需要时节能系统可切换为原系统控制方式，不影响原系统的正常使用。

五、技术改进分析

由于我厂建设初期对1000KW循环泵电机选型扬程过大，在不使用变频启动时需要减小阀门开度来防止启动电流过载，待电机启动后再调整阀门开度，浪费了相当一部分电能。

通过公式：H1/H=（n1/n）2扬程与电机转速的平方成正比，引进变频器后，可以通过变频器降低电机转速使扬程减少，一方面保证电机启动安全，同时减启动少操作环节，提高循环泵系统运行可靠性。

六、经济效益分析

依照公式：

年节电收益=改造功率X每天运行时间X年运行天数X电价X节电率

按照单台6.3kv水泵电机计算：

变频改造后年节电收益=1000KWX24X184X0.96X0.25=105.984万元

单台6.3KV1000KW电机年节电100万元以上，由此分析电机变频节能改造效益可观。

综合以上分析及现有循环泵实际运行情况，我认为对循环泵改为变频调速技术和经济上可行，节能方面经济效益显著，且能大大提高管网及设备的安全运行效率，降低维修费用。

参考文献

[1]昊自强.水泵变频运行的图解分析方法.变频器世界，2005，（7）

[2]曹琦.恒压变频供水系统节能分析.变频器世界，2006，（6）

[3]陈运珍.变频器在水行业节能降耗中的巨大作用.变频技术应用，2006，（1）

作者简介

刘佳友（1958.4.22） 男 汉族，吉林省延吉市人。工程师，研究方向：电子技术。