砂山水廠供水節能分析論文

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摘要：斬波內饋調速技術作為我國首創，具有獨立自主知識產權的高新技術，已被廣泛使用。設備在水泵節能上的應用，節能效果顯著，達到了技術上先進、生產上適用、經濟上合理的目的。本文介紹了產品原理和應用實測分析。

關鍵詞：斬波內饋調速功率控制效率

序言

動力耗電是供水行業的主要成本，通常可達總成本的40-50%。造成動力耗電成本居高不下的原因是水泵電機不能按工況變化的需求自行調節，如果能采用高效率、低投入的交流調速取代閥門或運行臺數的調節方法，可以使供電成本大幅降低，同時，還可以使管網壓力保持穩定。

斬波內饋調速是我國首創的新型交流調速技術，與高壓變頻調速相比，具有效率高，價格低，諧波含量少，功率因數高等許多優點。沈陽水業有限公司砂山四水廠經過對各種調速設備進行理論計算、節能效果、性價比等多方面的比較分析，2000年底在砂山2#機組調速節能改造工程上，選用了斬波內饋調速設備。經過近三年的實踐，收到了明顯的節能效果，而且運行可靠。

1斬波內饋調速的原理及特點

1.1功率控制調速原理

深入的理論分析表明，電機調速的實質在于控制電機的機械功率，轉速則隨機械功率正比變化。功率控制的方法有兩種：一種是電磁功率控制，即控制電機的主電功率，它所改變的是電機的理想空載轉速，調速機械特性為平行曲線，調速性質是高效節能型，典型調速有變頻調壓，斬波內饋，串級，雙饋等；另一種是損耗功率控制，即增大電機的損耗，它所改變的是電機的轉速降，調速特性為匯交的下垂曲線，調速性質為低效率耗能型。典型調速有轉子串電阻，滑差離合器，恒頻調壓等。

交流調速的性能主要取決于調速的原理，而不取決于調速的具體方式。相同原理下的不同方式，調速性能基本是一致的，例如，變頻調速與斬波內饋調速在效率、機械特性等方面幾乎沒有區別。

斬波內饋調速系統是基于異步電動機轉子的電磁功率控制調速，由于轉子和內饋繞組都是低壓的，因此控制裝置回避了變頻調速定子控制的電源高壓問題。通常，調速控制裝置的實際工作電壓在200—400V之間，克服了電力電子器件耐壓條件對高壓異步電動機調速發展的限制，提高了電力電子器件在應用中的可靠性。

1.2內饋調速原理

內饋調速是根據功率控制調速理論創建的新型交流調速系統，通過將轉子的部分功率（即電轉差功率）移出來，以電能的形式反饋給電機定子上安裝的內饋繞組，來實現的功率控制。轉子反饋給內饋繞組的功率越多，電動機的機械功率越少，轉速就越低；反之，轉子反饋給內饋繞組的功率越少，電動機的機械功率越多，轉速就越高。內饋調速的工作原理如圖1所示。

與變頻調速相比，內饋調速采用的是轉子控制，因此避開了定子控制的高壓問題。兩者同屬于高效率的電磁功率控制，并無本質區別。

內饋調速的上述技術原理決定了其以下特點

高壓電機，低壓控制。

成本、價格低低，投資回收期短。

可靠性高。

內饋電機必須有電力電子控制相配合才能實現調速，斬波技術是最佳的控制方式。實際上，斬波是強電的數字控制技術，與傳統的改變移相角的控制技術相比，斬波具有功率因數高、諧波分量小、可靠性高等一系列優點，是公認的電力電子先進技術。將內饋電機與斬波控制有機結合起來，就是斬波內饋調速，其特點

有源逆變器的功率因數可以高達0.9，且恒定不變。

逆變電流的諧波有效值可以降低到移相控制的15%左右。使內反饋電機的定子電流畸變小于4%。

有源逆變器的額定容量僅為電機容量的14.8%，容量小，觸發簡單，使可靠性大為提高。

附加電源容量亦為電機容量的14.8%，對于內饋調速電機，可大大減小內饋繞組所占的鐵心空間，簡化工藝，降低成本。

2斬波內饋調速設備的應用

2.1設備構成

斬波內饋調速設備是由YQT內饋調速電機和ZNK-01斬波控制裝置組成。

斬波內饋調速裝置與調速電機恒速運行裝置成為并聯關系，當調速控制裝置意外故障時，自動保護裝置可以自動將電動機切換成恒速運行，不至于造成電動機停運。此時電動機只是不能調速而已，可將故障影響縮小到最小限度。

2.2砂山水源改造前日供水情況

砂山水源始建于1974年，自1987年泵房機組改造后，一直采用3#機組24SA-10A水泵連續運行方式工作，高低峰供水和控制水位都依靠調節出水閥門的開度來控制。由于砂山、夾河系統供水能力逐年降低，每日縮緊水門時間達10小時以上，水門最大縮緊度達40%，造成大量電能浪費。

2.3改造前2#機組測試數據

根據生產記錄統計，開3#機組時，供水耗電量日均8310kwh，平均單耗為0.429，年均電費約為145萬。

2.4改造后2#機組測試數據

2#機組改造調速運行一次成功，根據生產記錄統計，開2#機組時，機組耗電量日均4700kwh，平均單耗為0.353。

3運行結果對比分析

由改造前3#機組與改造后2#機組耗電對比可以看出，改造后，整個砂山機組供水總量未發生變化，日平均水量基本未發生變化。生產耗電量（排除天氣情況、非生產用電減少等因素，日均好耗電大浮下降。平均日節電3610KW，日均單耗降低76%。節電率在整個砂山供水系統中占到20%左右。

若以單臺機組之間相比，2#機組調速運行比3#機組全速運行日節電率約為40%。經兩年的使用，其運行的可靠性得到檢驗，節能效果明顯，達到了改造目的。

由以上各項數據可以看出，在目前未發生變化的情況下，開2#調速機組運行與過去開3#機組縮水門運行相比日可節電3600KW，若按每kwh電能0.48元計算，日可節約電費支出約1720元，全年可節約電費支出約62萬元。整個改造投資為60萬元計算，一年內即可收回投資。

（砂山水源采用的是單機連續運行方式工作，高低峰供水和控制水位都依靠調節出水閥門的開度控制。由于砂山、夾河系統供水能力逐年降低，每日縮出水門時間10小時以上，水門最大縮減度達40%，造成大量浪費。

整個砂山機組日供水量75019m³/日，開未改造的3#機組時，機組耗電量日均8310kwh,平均單耗0.429kwh/m³；開改造后的2#機組時，日均耗電降為4700kwh,平均日節電3610kwh,單耗由改造前0.429降為0.353，日均單耗降低76%。節電率在整個砂山系統中占到20%左右。經兩年的使用，其運行的可靠性得到檢驗，節能效果明顯，達到了改造目的。）