高压变频器在供水车间的解决方案

　　1、 引言：

　　在泵站供水系统中,常常是多泵供应多个用户，同时内部管路进行联网，能做到互为备用。在设计初期多个用户的用量是基本一致的。但经常有个别终端的用户常会由于工况改变，工艺调整，供应面积变化等原因，其供水量会小于原设计的容量，这时就出现了用大泵往出输送小水量的情况。

　　北京燕化公司动力事业部一供水车间的其中一路供水用户的用水量较小,其总需求量不到水泵额定容量的三分之一。运行时档板开度很低，在运行时泵压较高，不但是电能浪费较大。同时用档板调节时，由于其开度与流量的非线性特性，往往一个很小角度的调节，其流量就发生很大的变化。

　　在北京燕化公司动力事业部一供水车间附近，有一个小流量水渠，其地表流量与用量较小的用户终端的使用量相近。在2004年，北京水务局从北京水资源的充分利用出发，要求北京燕化公司将这个小流量地表水利用上，以优化水网的资源调配。但是实际的供水调配时，由于其小流量地表水流量与用量较小的用户终端的使用量相近，而泵的容量较大，用档板调节时，不是供水量不足，就是将小流量地表水抽干，无法对其进行利用。

　　为充分利用珍贵的水资源和电力资源，北京燕化公司动力事业部一供水车间对3号泵进行调速改造，通过高压变频器能对转速无级精密调节的功能，使大流的量3号泵能顺利抽取小流量的地表水渠中的水满足用户终端要求而不出现抽空现象。

　　2、 燕化公司一供水车间3号泵参数与改造方案简介：

　　(1)、燕化公司一供水车间3号取水泵参数：

　　名称：离心式清水泵 型号：24SA—10A

　　扬程：39m 流量：2700 m3/h

　　允许吸上真空高度：4.8 m 转速：730 r/min

　　功率：319KW 配用功率：360KW

　　生产日期：1975年5月 重量：4100Kg

　　生产厂家：长沙水泵厂

　　(2)、3号取水泵配套电动机参数：

　　名称：异步电动机 型号：JS158-8

　　额定功率：380KW 额定电压：6000V

　　额定电流：47A 环境温度：35℃

　　转速：740 r/min 绝缘等级：A

　　接法：星 重量：4100 Kg

　　技术条件：OAG.510.004 序号：750259

　　生产日期：1975年6月

　　生产厂家：湘潭电机厂

　　(3)、北京燕化公司动力事业部一供水车间3号泵取水网简介：

　　在北京的颐和园水系中，有一路从燕山下来的小流量天然水道，其流量较小，平均仅在1000 m3/h左右，但是其水质较好，在汇入总水系前，其能作为优质水源而直接利用。

　　北京燕化公司动力事业部一供水车间3号泵的进口管道经过多管路的组合，即可以从主干渠中取水，宜可从小流量地表水渠取水。

　　在这种情况下，只好放弃对小流量地表水的应用。这样不但是小流量的水资源白白的浪费，而且由于从主干渠取水的管道比从小流量地表水要长出近一倍多，又浪费了大量的电能，并占用了大量的管道资源。

　　(4)、北京燕化公司动力事业部一供水车间3号泵调速改造方案：

　　为充分利用水源资和节能增效，通过大量的分析与调查，确定利用高压变频器对电机速度调节精度高，输出力矩稳定的特点，采用档板全开运行，在低转速下能实现小流量，低泵压的精细流量输出。故北京燕化公司动力事业部确定用变频调速的方案可以使额定流量为2700 m3/h的离心水泵稳定输出880m3/h的水量，达到利用小流量地表水为小水量用户供水的目标。

　　北京市水务局于2004年12月份投资采用哈尔滨九洲电气股份有限公司生产的高压变频调速装置对3号泵进行改造。

　　3、 变频调速节能的原理分析：

　　(1)、离心泵负载的相似理论

　　离心泵的流量，运行压力，吸收轴功率这三个基本参数与转速间的运算公司极其复杂，同时离心泵类负荷随环境变化参数也随之变化，在工程一般根据离心泵的运行曲线，进行大致的参数运算，称之为离心泵类负载的相似理论：

　　Q / Q0 = n / n0

　　H / H0 = ( n / n0 )2( ρ / ρ0 )

　　N / N0 = ( n / n0 )3( ρ / ρ0 )

　　式中： Q -- 离心泵流量 H -- 离心泵全压 n -- 离心泵转速 ρ-- 介质密度 N -- 轴功率

　　离心泵流量Q与电机转速n成正比。(Q∝n)

　　离心泵压力H与电机转速n的平方成正比。(H∝n2)

　　离心泵轴功率N与电机转速n的立方成正比。(N∝n3)

　　⑴H—Q曲线：当转速为恒定时，表示离心泵压力与流量间的关系特性。

　　⑵N—Q曲线：当转速为恒定时，表示离心泵轴功率与流量间的关系特性。

　　⑶η—Q曲线：当转速为恒定时，表示离心泵的效率特性。

　　从中可以看出，离心泵的轴功率和离心泵压力相交处即为效率最高点。

　　(3)、电动机容量的计算：

　　其中：

　　P ——离心泵电动机所需的输出轴功率(kW);

　　Q ——离心泵流量(m3/s);

　　H ——离心泵压力(kg/m2);

　　——传动装置的效率;直接传动为1.0，皮带传动为0.9~0.98,齿轮传动为0.96~0.98。

　　——离心泵的效率;

　　102 ——由kg•m/s变换为kW的单位变换系数;

　　4、结束语：

　　通过北京燕化公司动力事业部一供水车间的3号泵高压变频器调速改造，解决了大容量的离心泵在供水量与用户量相值相近的小水量输出情况的安全运行的难题。使 3号泵安全地运行于额定流量的1/3以下，并可以保持精确的流量调节,在不抽干小流量地表水的同时,保证的用户终端的用水需求。

　　高压变频器的精确控制功能，可以使水泵工作于原来调节方式下无法达到的工况，在极小流量的情况下仍能精细的调节介质流量,这样就能将大泵使用一些原先无法应用的小流量水源,这样在节约大量电量的同时，同时充分利用了稀少的水资源。

　　在自主创新，占领世界科技高端的精神带动下，具有自主知识产权的国产大功率与超大功率高压变频的技术不断成熟，在中国的大型工业领域内的电动机调速应用越来广泛，并开始进入原来由国外的高压变频器垄断的领域。使高压变频器这种现代电力电子的高科技产品将在我国能源高效利用的领域得到更加广泛的应用。