砂山水廠供水節(jié)能分析應(yīng)用論文
摘要：斬波內(nèi)饋調(diào)速技術(shù)作為我國首創(chuàng)，具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)，已被廣泛使用。設(shè)備在水泵節(jié)能上的應(yīng)用，節(jié)能效果顯著，達到了技術(shù)上先進、生產(chǎn)上適用、經(jīng)濟上合理的目的。本文介紹了產(chǎn)品原理和應(yīng)用實測分析。
關(guān)鍵詞：斬波內(nèi)饋調(diào)速功率控制效率
序言
動力耗電是供水行業(yè)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(diào)節(jié)，如果能采用高效率、低投入的交流調(diào)速取代閥門或運行臺數(shù)的調(diào)節(jié)方法，可以使供電成本大幅降低，同時，還可以使管網(wǎng)壓力保持穩(wěn)定。
斬波內(nèi)饋調(diào)速是我國首創(chuàng)的新型交流調(diào)速技術(shù)，與高壓變頻調(diào)速相比，具有效率高，價格低，諧波含量少，功率因數(shù)高等許多優(yōu)點。沈陽水業(yè)有限公司砂山四水廠經(jīng)過對各種調(diào)速設(shè)備進行理論計算、節(jié)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(diào)速節(jié)能改造工程上，選用了斬波內(nèi)饋調(diào)速設(shè)備。經(jīng)過近三年的實踐，收到了明顯的節(jié)能效果，而且運行可靠。
1斬波內(nèi)饋調(diào)速的原理及特點
1.1功率控制調(diào)速原理
深入的理論分析表明，電機調(diào)速的實質(zhì)在于控制電機的機械功率，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，調(diào)速機械特性為平行曲線，調(diào)速性質(zhì)是高效節(jié)能型，典型調(diào)速有變頻調(diào)壓，斬波內(nèi)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(zhuǎn)速降，調(diào)速特性為匯交的下垂曲線，調(diào)速性質(zhì)為低效率耗能型。典型調(diào)速有轉(zhuǎn)子串電阻，滑差離合器，恒頻調(diào)壓等。
交流調(diào)速的性能主要取決于調(diào)速的原理，而不取決于調(diào)速的具體方式。相同原理下的不同方式，調(diào)速性能基本是一致的，例如，變頻調(diào)速與斬波內(nèi)饋調(diào)速在效率、機械特性等方面幾乎沒有區(qū)別。
斬波內(nèi)饋調(diào)速系統(tǒng)是基于異步電動機轉(zhuǎn)子的電磁功率控制調(diào)速，由于轉(zhuǎn)子和內(nèi)饋繞組都是低壓的，因此控制裝置回避了變頻調(diào)速定子控制的電源高壓問題。通常，調(diào)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(diào)速發(fā)展的限制，提高了電力電子器件在應(yīng)用中的可靠性。
1.2內(nèi)饋調(diào)速原理
內(nèi)饋調(diào)速是根據(jù)功率控制調(diào)速理論創(chuàng)建的新型交流調(diào)速系統(tǒng)，通過將轉(zhuǎn)子的部分功率（即電轉(zhuǎn)差功率）移出來，以電能的形式反饋給電機定子上安裝的內(nèi)饋繞組，來實現(xiàn)的功率控制。轉(zhuǎn)子反饋給內(nèi)饋繞組的功率越多，電動機的機械功率越少，轉(zhuǎn)速就越低；反之，轉(zhuǎn)子反饋給內(nèi)饋繞組的功率越少，電動機的機械功率越多，轉(zhuǎn)速就越高。內(nèi)饋調(diào)速的工作原理如圖1所示。
與變頻調(diào)速相比，內(nèi)饋調(diào)速采用的是轉(zhuǎn)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(zhì)區(qū)別。
內(nèi)饋調(diào)速的上述技術(shù)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(nèi)饋電機必須有電力電子控制相配合才能實現(xiàn)調(diào)速，斬波技術(shù)是最佳的控制方式。實際上，斬波是強電的數(shù)字控制技術(shù)，與傳統(tǒng)的改變移相角的控制技術(shù)相比，斬波具有功率因數(shù)高、諧波分量小、可靠性高等一系列優(yōu)點，是公認的電力電子先進技術(shù)。將內(nèi)饋電機與斬波控制有機結(jié)合起來，就是斬波內(nèi)饋調(diào)速，其特點
有源逆變器的功率因數(shù)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(nèi)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(fā)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(nèi)饋調(diào)速電機，可大大減小內(nèi)饋繞組所占的鐵心空間，簡化工藝，降低成本。
2斬波內(nèi)饋調(diào)速設(shè)備的應(yīng)用
2.1設(shè)備構(gòu)成
斬波內(nèi)饋調(diào)速設(shè)備是由YQT內(nèi)饋調(diào)速電機和ZNK-01斬波控制裝置組成。
斬波內(nèi)饋調(diào)速裝置與調(diào)速電機恒速運行裝置成為并聯(lián)關(guān)系，當(dāng)調(diào)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(diào)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(xù)運行方式工作，高低峰供水和控制水位都依靠調(diào)節(jié)出水閥門的開度來控制。由于砂山、夾河系統(tǒng)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(shù)據(jù)
根據(jù)生產(chǎn)記錄統(tǒng)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(shù)據(jù)
2#機組改造調(diào)速運行一次成功，根據(jù)生產(chǎn)記錄統(tǒng)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(jié)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(fā)生變化，日平均水量基本未發(fā)生變化。生產(chǎn)耗電量（排除天氣情況、非生產(chǎn)用電減少等因素，日均好耗電大浮下降。平均日節(jié)電3610KW，日均單耗降低76%。節(jié)電率在整個砂山供水系統(tǒng)中占到20%左右。
若以單臺機組之間相比，2#機組調(diào)速運行比3#機組全速運行日節(jié)電率約為40%。經(jīng)兩年的使用，其運行的可靠性得到檢驗，節(jié)能效果明顯，達到了改造目的。
由以上各項數(shù)據(jù)可以看出，在目前未發(fā)生變化的情況下，開2#調(diào)速機組運行與過去開3#機組縮水門運行相比日可節(jié)電3600KW，若按每kwh電能0.48元計算，日可節(jié)約電費支出約1720元，全年可節(jié)約電費支出約62萬元。整個改造投資為60萬元計算，一年內(nèi)即可收回投資。
（砂山水源采用的是單機連續(xù)運行方式工作，高低峰供水和控制水位都依靠調(diào)節(jié)出水閥門的開度控制。由于砂山、夾河系統(tǒng)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75019m/日，開未改造的3#機組時，機組耗電量日均8310kwh,平均單耗0.429kwh/m；開改造后的2#機組時，日均耗電降為4700kwh,平均日節(jié)電3610kwh,單耗由改造前0.429降為0.353，日均單耗降低76%。節(jié)電率在整個砂山系統(tǒng)中占到20%左右。經(jīng)兩年的使用，其運行的可靠性得到檢驗，節(jié)能效果明顯，達到了改造目的。）
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