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(guó)首創(chuàng)，具有獨(dú)立自主知識(shí)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(dá)到了技術(shù)上先進(jìn)、生產(chǎn)上適用、經(jīng)濟(jì)上合理的目的。本文介紹了產(chǎn)品原理和應(yīng)用實(shí)測(cè)分析。
關(guān)鍵詞：斬波內(nèi)饋調(diào)速功率控制效率
序言
動(dòng)力耗電是供水行業(yè)的主要成本，通常可達(dá)總成本的40-50%。造成動(dòng)力耗電成本居高不下的原因是水泵電機(jī)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(mén)或運(yùn)行臺(tái)數(shù)的調(diào)節(jié)方法，可以使供電成本大幅降低，同時(shí)，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(guó)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(jià)格低，諧波含量少，功率因數(shù)高等許多優(yōu)點(diǎn)。沈陽(yáng)水業(yè)有限公司砂山四水廠經(jīng)過(guò)對(duì)各種調(diào)速設(shè)備進(jìn)行理論計(jì)算、節(jié)能效果、性價(jià)比等多方面的比較分析，2000年底在砂山2#機(jī)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(guò)近三年的實(shí)踐，收到了明顯的節(jié)能效果，而且運(yùn)行可靠。
1斬波內(nèi)饋調(diào)速的原理及特點(diǎn)
1.1功率控制調(diào)速原理
深入的理論分析表明，電機(jī)調(diào)速的實(shí)質(zhì)在于控制電機(jī)的機(jī)械功率，轉(zhuǎn)速則隨機(jī)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(jī)的主電功率，它所改變的'是電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速，調(diào)速機(jī)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(jí)，雙饋等；另一種是損耗功率控制，即增大電機(jī)的損耗，它所改變的是電機(jī)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(jī)械特性等方面幾乎沒(méi)有區(qū)別。
斬波內(nèi)饋調(diào)速系統(tǒng)是基于異步電動(dòng)機(jī)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?jiǎn)栴}。通常，調(diào)速控制裝置的實(shí)際工作電壓在200—400V之間，克服了電力電子器件耐壓條件對(duì)高壓異步電動(dòng)機(jī)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(guò)將轉(zhuǎn)子的部分功率（即電轉(zhuǎn)差功率）移出來(lái)，以電能的形式反饋給電機(jī)定子上安裝的內(nèi)饋繞組，來(lái)實(shí)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(dòng)機(jī)的機(jī)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(dòng)機(jī)的機(jī)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(kāi)了定子控制的高壓?jiǎn)栴}。兩者同屬于高效率的電磁功率控制，并無(wú)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(diǎn)
高壓電機(jī)，低壓控制。
成本、價(jià)格低低，投資回收期短。
可靠性高。
內(nèi)饋電機(jī)必須有電力電子控制相配合才能實(shí)現(xiàn)調(diào)速，斬波技術(shù)是最佳的控制方式。實(shí)際上，斬波是強(qiáng)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(diǎn)，是公認(rèn)的電力電子先進(jìn)技術(shù)。將內(nèi)饋電機(jī)與斬波控制有機(jī)結(jié)合起來(lái)，就是斬波內(nèi)饋調(diào)速，其特點(diǎn)
有源逆變器的功率因數(shù)可以高達(dá)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(jī)的定子電流畸變小于4%。
有源逆變器的額定容量?jī)H為電機(jī)容量的14.8%，容量小，觸發(fā)簡(jiǎn)單，使可靠性大為提高。
附加電源容量亦為電機(jī)容量的14.8%，對(duì)于內(nèi)饋調(diào)速電機(jī)，可大大減小內(nèi)饋繞組所占的鐵心空間，簡(jiǎn)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(jī)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(jī)恒速運(yùn)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(shí)，自動(dòng)保護(hù)裝置可以自動(dòng)將電動(dòng)機(jī)切換成恒速運(yùn)行，不至于造成電動(dòng)機(jī)停運(yùn)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)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(jī)組改造后，一直采用3#機(jī)組24SA-10A水泵連續(xù)運(yùn)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(mén)的開(kāi)度來(lái)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(mén)時(shí)間達(dá)10小時(shí)以上，水門(mén)最大縮緊度達(dá)40%，造成大量電能浪費(fèi)。
2.3改造前2#機(jī)組測(cè)試數(shù)據(jù)
根據(jù)生產(chǎn)記錄統(tǒng)計(jì)，開(kāi)3#機(jī)組時(shí)，供水耗電量日均8310kwh，平均單耗為0.429，年均電費(fèi)約為145萬(wàn)。
2.4改造后2#機(jī)組測(cè)試數(shù)據(jù)
2#機(jī)組改造調(diào)速運(yùn)行一次成功，根據(jù)生產(chǎn)記錄統(tǒng)計(jì)，開(kāi)2#機(jī)組時(shí)，機(jī)組耗電量日均4700kwh，平均單耗為0.353。
3運(yùn)行結(jié)果對(duì)比分析
由改造前3#機(jī)組與改造后2#機(jī)組耗電對(duì)比可以看出，改造后，整個(gè)砂山機(jī)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(gè)砂山供水系統(tǒng)中占到20%左右。
若以單臺(tái)機(jī)組之間相比，2#機(jī)組調(diào)速運(yùn)行比3#機(jī)組全速運(yùn)行日節(jié)電率約為40%。經(jīng)兩年的使用，其運(yùn)行的可靠性得到檢驗(yàn)，節(jié)能效果明顯，達(dá)到了改造目的。
由以上各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以看出，在目前未發(fā)生變化的情況下，開(kāi)2#調(diào)速機(jī)組運(yùn)行與過(guò)去開(kāi)3#機(jī)組縮水門(mén)運(yùn)行相比日可節(jié)電3600KW，若按每kwh電能0.48元計(jì)算，日可節(jié)約電費(fèi)支出約1720元，全年可節(jié)約電費(fèi)支出約62萬(wàn)元。整個(gè)改造投資為60萬(wàn)元計(jì)算，一年內(nèi)即可收回投資。
�。ㄉ吧剿床捎玫氖菃螜C(jī)連續(xù)運(yùn)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(mén)的開(kāi)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(mén)時(shí)間10小時(shí)以上，水門(mén)最大縮減度達(dá)40%，造成大量浪費(fèi)。
整個(gè)砂山機(jī)組日供水量75019m/日，開(kāi)未改造的3#機(jī)組時(shí)，機(jī)組耗電量日均8310kwh,平均單耗0.429kwh/m；開(kāi)改造后的2#機(jī)組時(shí)，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(gè)砂山系統(tǒng)中占到20%左右。經(jīng)兩年的使用，其運(yùn)行的可靠性得到檢驗(yàn)，節(jié)能效果明顯，達(dá)到了改造目的。）
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