洪湖首站输油泵变频调速的应用报告

荆门石化洪湖首站的输油泵拖动电机功率为630kW，电压等级为6000V。从输油泵运行状况看，泵在额定转速（工频运行）下运行时，所能输送的液量远大于实际需要输送的液量。原来工频运行时，只能靠调节出口阀门开度来调节所输液量，造成阀门前后压差增大，产生较大的节流损耗。电机由于只能在50Hz下定速运行，能量损失较大。同时，由于出口阀门阀前压力远大于阀后压力，使得油泵极易出现密封损坏和机泵损耗，经常造成泄漏停泵，给生产造成很大影响。
一、调速节能原理分析
图1 为典型的油、水泵机械在不同转速时的输出特性曲线。

图中，H(n1)，H(n2)表示调速时的Q = f(H)曲线，R1，R2表示阀门调节时的管路阻力曲线，阀门控制时Q ® Q1，A ® B，HA ® HB，阀门控制时功率消耗P1由0HBBQ1表示，调速时功率消耗P2由0HCCQ1表示，若P1 > P2则可以表明，调速时功率消耗远小于阀门节流时的功率消耗，根据相似原理：
Q1 / Q2 = n1 / n2 H1 / H2 = (n1 / n2)2 P1 / P2 = (n1 / n2)3
由上式可知，当转速下降1/2时，流量下降1/2，压力下降1/4，功率下降1/8，即功率与转速成3次方的关系下降，如果不是用关小阀门的方法，而是把电动机转速降下来，那么，随着泵的输出压头压力的降低，在输送同样流量的情况下，原来消耗在阀门上的功率就可完全避免，这就是调速节能原理所在。简单地说，也就是在不装变频调速装置时，泵的出口排量靠出口阀控制调节，电动机易过负荷。流量小时，靠关小阀门调节，增加了泵管压差，使部分能量白白消耗在出口阀门上。安装变频调速器后，可以降低泵的转速，泵的扬程也相应降低，电动机的电耗也降低，使原来消耗在泵出口阀上的泵管压差，用无级调速方法得到了解决。由于采用恒转矩特性，变频降速后的电动机转矩不变，拖动力矩恒定，可以保证输液量，从而实现了节约电能的作用。
二、现场使用及节能效果
为了解决洪湖首站输油泵存在的油泵及电机故障较频繁、影响正常生产以及能量损耗较大的现状，我们对洪湖首站的一台输油泵采用德国西门子公司的西门子SIMOVERT - A系列变频器，进行了变频调速改造。根据生产实际需要，采用了现场起动、停止、故障复位和现场频率给定等控制方式，并设计了变频器故障的现场声光报警和急停按钮。西门子SIMOVERT - A变频器有完善的过流、过压、欠压、短路等保护功能和故障自动检测及显示功能，可以显示故障原因，方便了检修及维护。为了保证生产的连续性和变频器一旦出现故障检修时的需要，还设计了工频旁路。自2000年11月底，洪湖首站输油泵变频器投入运行至今，变频器运行非常稳定，运行频率稳定在39Hz左右，负载电流也从原工频运行时的67A降到了现在的45A左右，在满足正常输油的情况下，不但节约了大量电能，而且减少了泵出口阀两侧的压力之差，使泵内压力降低，彻底消除了输油泵因压力过高引起的密封损坏，流体外泄的情况。
为了准确掌握变频后负载的实耗功率，定量分析其节能效果。我们于2001年3月1日至7日对变频泵作了数据测试，测试结果见下表 ：

未装变频器前：负载电流平均值为67A，电压为6000V；
_ _
平均功率P = Ö3·V·I·Cosf = Ö3×6×67×0.86 = 598.79kW；
使用变频器后：负载电流平均值45.5A，平均电压为5575.7V；
67×6000 - 45.5×5575.7
节能率 DP = ————————————— ×100% = 36.89%；
67×6000
使用变频器后节能效果如下：
节能 DP = 36.89%； _
节约电能：P = 36.89%×Ö3×6×67×0.86 = 220.89kW / h
按1kW / h电价0.4元计算：
年节电费：220.89×24×300×0.4 = 63.62万元。
（注：变频调速器自2000年11月底投入运行至2001年3月2日，运行频率一直在38Hz以下，电机平均电流在44A以下，自3月3日起，由于输油管线的原因，使得运行频率和电机平均电流上升。）
安装变频调速器后，节能所带来的效益只是其所产生效益的一方面，使用变频调速降低了电机的启动电流，减少对电网的冲击，提高了油泵和电机的使用寿命，减少了维修工作量，减少了轴承和电气元件的损坏，保证了生产的稳定和安全，而且只要配上相应的检测仪表就可实现闭环控制。
变频调速器是比较精密的电子电气装置，不宜在潮湿环境里长期空置。在不用时，应在通电条件下放置，以使变频器柜内保持干燥，这对于变频器的正常使用是非常重要的。
综上所述，采用变频调速器对于减轻机泵损耗，延长机泵价格周期和使用寿命，降低输油电耗，保证安全平稳输油，提高输油自动化水平，减轻岗位工人的劳动强度，都有着很大的作用。