王向东
大庆石化公司工程造价部，黑龙江省大庆市 163000
摘要：随着我国工业经济发展越发迅速，各种工业电力动力设备应用于各个生产领域，其中工业水泵电机使许多水厂生产运行得到了快速提升。但由于很多水厂早期建设时选用的水泵电机功能较差，技术不够先进，因此在使用过程中造成水泵压力过高，机电工作超负荷，从而导致水泵电机使用期限短，增加生产成本，影响企业经济效益。本文通过分析变频器在水泵电机使用上产生的节能变化，探讨变频器在工业水泵电机节能改造上的应用前景，希望能够对广大同行有所助益。
关键词：工业水泵；电机；变频；节能改造
当前国家大力倡导节能减排，所以对于企业而言，采取有效的节能环保策略将会关系到了其核心竞争力的提高。所以越来越多的企业将关注点放在与设备可靠性的提升以及用电率的减小上。其中水泵作为一项重要设备，减小其用电量对于降低整体用电率有着非常关键的作用。但是因为不少工厂的水泵都有了一定年限，所以做好其电机变频节能改造工作尤为重要。所以下文将对工业水泵电机的变频节能改造展开详细分析。
1工业水泵电机和变频技术概述
在工业、农业、商业和建筑业等不同生产领域范围，生产使用成品或者原料、半成品等大部分以液体形式存在，比如水就被广泛应用于各种生产活动中，为提高液体的输送效率，水泵应运而生，通过提供化学反应压力流量作用和输送液体，水泵还起着调节温度等作用。同样水泵的运作需要电力支持，而水泵消耗的电能占到了生产总消耗的20%左右，特别是当前很多水泵是工厂早期建设时投入的设备，配置较为落后，节能效果不佳，因此损耗能源比例较大。
随着国家注重生态环保、能源节约，提倡可持续发展战略理念，变频技术作为一种先进的节能技术在各种设备中得以广泛应用，而变频技术应用的核心设备就是变频器。变频器具有体积小、重量轻、精度高、易形成闭环控制等特点，在使用中可操作性和通用性强，由于功能丰富、保护措施齐全从而造就安全性能和可靠性高，加之它优于任何以往的调速方式（调压调速、滑差调速、变极调速、液力耦合调速等），从而广受化工、污水处理厂、水厂等行业欢迎。
2工业水泵电机变频节能改造实例分析
2.1工业水泵情况及当前运行情况分析
工业水系统由A、B、C三台同样的工业水泵维持运行，主要用来冷却发电机组设备用水，型号为250s－855，水泵和发电机相关参数如表1：
.png)
以上3台水泵正常运行方式为一台备用，两台正常运行。由于早期工业水泵型号选配不当，导致出现两方面问题：一是出口压力过高，根据现场实际需要，水泵系统在4.3MPa压力以上（正常运行时达0.65MPa）就能满足现场设备冷却的需要。另一问题是工业水泵出口门全开时出现流量偏大和电机过电流的问题。现场操作数据对比显示，运行中当工业水泵出口门开至30%左右时，工业水泵电机电流已达220A左右，出口门前压力为0.8MPa.出口门后压力只有0.35MPa，因此有50%以上的电能损耗在出口门上。因此必须在实际操作中出口门要实现大幅度节流，才能减少损耗。
另外，由于季节原因，春、秋、冬季用水量较少时2台工业水泵即可维持运行，但到夏季高峰用水时如果仅靠2台水泵运行就会使发电机超负荷使用，发热容易造成使用寿命缩短。如果同时运行3台工业水泵，每台电机电流为200A，工业水泵总流量为1050t/h，总消耗功率近340kw,但有效功率仅为100kw左右，实际运行效率只有30%，对发电机组的经济性产生严重损耗。
3节能原理及改造可能性分析
根据流体力学等相关知识进行分析，变频调速方法的节能原理主要是基于流量、压力、转速及转矩间关系，即水泵流量与转速一次方成正比；压力与转速二次方成正比；轴功率与转速三次方成正比，通过调整某些参数相应参数就会随之变化，调整达到最合理状态，电机就实现高效益运行，从而达到节能目的。而从实际方面而言对改造可行性进行分析，采用变频恒压技术对A、C工业水泵进行改造就可满足现场需要。B工业水泵节流出口门留一定开度备用，A、C工业水泵其中一台跳闸的情况下，B泵联启进行短时运行，在跳闸泵处理完成后投入运作，而B泵退出。进行改造后，不仅提高了电机运行系统工艺流程控精密度，而且简化了操作和降低整体能耗，从而提高了运行经济效益。
3变频节能改造措施
3.1优化电气动力接线方式
对于电气设备而言，电气动力接线的方式对系统运行效益有一定的影响，因此电气动力接线方式优化改造是工业水泵电机变频节能改造的重要方面。电力动力接线方式改造需要根据实际情况进行，通常情况不是全组工业水泵都需要进行改造，只是对部分电机内部的接线方式进行优化。例如以上述3组电机而言，主要是A、C水泵变频器控制柜电源取自原380V水工A段A，C工业水泵电源开关，而其电源开关及原有控制方式等保持不变。
3.2优化电气开关
电气开关优化也是工业水泵变频改造的一个方面，主要是通过增加变频器装置对开关切换进行控制，使其实现手动控制与自动控制的有效切换。切换开关一般位于变频器控制柜面板上，具有较大作用和功能，其不仅能够手动输入调节，也能满足就地自动调节，而且设置有“急停”按钮及区县电机原就地事故按钮，另外，切换开关就地还具有显示频率、故障灯报警功能，从而有利于运行监测人员及检修人员及时辨别和判断故障问题，从而有效保障系统运行安全性。
3.3 PLC控制部分改造
由于水泵属于典型的平方转矩负载，且与速度的平方成正比关系，因此可以通过利用交流变频调速来实现对电机转速的控制。另外，为了提高水压恒定性，以更好达到改造要求，还需采用压力参数进行控制。在实际改造中，通过安装压力传感器对工业水杯出口门压力信号进行采集，然后变频器通过PiD调节改变电机频率，形成一个闭环调节系统来实现闭环控制。PLC控制改造需要注意以下两方面：一是热工需提供压力传感器，并确保能够向变频器输入一定范围的水压信号，以满足变频器自动调节使用；二是弱酸控制室有着重要作用，具有监视变频器运行状态、操作等功能。
4 结语
变频技术是目前一项重要的节能环保技术，工业水泵电机变频节能改造后不仅能够使得电机启动更为平稳、安全，降低振动和噪音，而且能够提高压力调节精确度，降低生产成本，提高经济效益，因此应结合工业生产实际情况，充分提高变频节能技术在工业水泵电机中的应用，推动工业行业更好发展。
参考文献：
[1]陈义中.化工工业水泵专用电机节能改造[J].电机技术，2018,2：42-43.
[2]林雅琴.工业风机水泵的节能潜力[J].山东工业技术, 2 0 1 6（13）：25.
[3]刘波, 霍亭, 方修睦,等. 水泵装置的效率分析及试验研究[J]. 区域供热, 2018, (001):85-91.