砂山水廠(chǎng)供水節能分析應用論文
摘要：斬波內饋調速技術(shù)作為我國首創(chuàng )，具有獨立自主知識產(chǎn)權的高新技術(shù)，已被廣泛使用。設備在水泵節能上的應用，節能效果顯著(zhù)，達到了技術(shù)上先進(jìn)、生產(chǎn)上適用、經(jīng)濟上合理的目的。本文介紹了產(chǎn)品原理和應用實(shí)測分析。
關(guān)鍵詞：斬波內饋調速功率控制效率
序言
動(dòng)力耗電是供水行業(yè)的主要成本，通�？蛇_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(mén)或運行臺數的調節方法，可以使供電成本大幅降低，同時(shí)，還可以使管網(wǎng)壓力保持穩定。
斬波內饋調速是我國首創(chuàng )的新型交流調速技術(shù)，與高壓變頻調速相比，具有效率高，價(jià)格低，諧波含量少，功率因數高等許多優(yōu)點(diǎn)。沈陽(yáng)水業(yè)有限公司砂山四水廠(chǎng)經(jīng)過(guò)對各種調速設備進(jìn)行理論計算、節能效果、性?xún)r(jià)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(jīng)過(guò)近三年的實(shí)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(diǎn)
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(shí)質(zhì)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(xiàn)，調速性質(zhì)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(xiàn)，調速性質(zhì)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(méi)有區別。
斬波內饋調速系統是基于異步電動(dòng)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?jiǎn)?wèn)題。通常，調速控制裝置的實(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高壓異步電動(dòng)機調速發(fā)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(chuàng )建的新型交流調速系統，通過(guò)將轉子的部分功率（即電轉差功率）移出來(lái)，以電能的形式反饋給電機定子上安裝的內饋繞組，來(lái)實(shí)現的功率控制。轉子反饋給內饋繞組的功率越多，電動(dòng)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(dòng)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(kāi)了定子控制的高壓?jiǎn)?wèn)題。兩者同屬于高效率的電磁功率控制，并無(wú)本質(zhì)區別。
內饋調速的上述技術(shù)原理決定了其以下特點(diǎn)
高壓電機，低壓控制。
成本、價(jià)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(shí)現調速，斬波技術(shù)是最佳的控制方式。實(shí)際上，斬波是強電的數字控制技術(shù)，與傳統的改變移相角的控制技術(shù)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(yōu)點(diǎn)，是公認的電力電子先進(jìn)技術(shù)。將內饋電機與斬波控制有機結合起來(lái)，就是斬波內饋調速，其特點(diǎn)
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?jì)H為電機容量的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(jiǎn)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(lián)關(guān)系，當調速控制裝置意外故障時(shí)，自動(dòng)保護裝置可以自動(dòng)將電動(dòng)機切換成恒速運行，不至于造成電動(dòng)機停運。此時(shí)電動(dòng)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(mén)的開(kāi)度來(lái)控制。由于砂山、夾河系統供水能力逐年降低，每日縮緊水門(mén)時(shí)間達10小時(shí)以上，水門(mén)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(chǎn)記錄統計，開(kāi)3#機組時(shí)，供水耗電量日均8310kwh，平均單耗為0.429，年均電費約為145萬(wàn)。
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(chǎn)記錄統計，開(kāi)2#機組時(shí)，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(gè)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。平均日節電3610KW，日均單耗降低76%。節電率在整個(gè)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(jīng)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(fā)生變化的情況下，開(kāi)2#調速機組運行與過(guò)去開(kāi)3#機組縮水門(mén)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(wàn)元。整個(gè)改造投資為60萬(wàn)元計算，一年內即可收回投資。
�。ㄉ吧剿床捎玫氖菃螜C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(mén)的開(kāi)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(mén)時(shí)間10小時(shí)以上，水門(mén)最大縮減度達40%，造成大量浪費。
整個(gè)砂山機組日供水量75019m/日，開(kāi)未改造的3#機組時(shí)，機組耗電量日均8310kwh,平均單耗0.429kwh/m；開(kāi)改造后的2#機組時(shí)，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(gè)砂山系統中占到20%左右。經(jīng)兩年的使用，其運行的可靠性得到檢驗，節能效果明顯，達到了改造目的。）
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