一、前言

某石油管理局供水公司每年耗電費用約占供水總成本費的30%左右，而其中輸配水環節的電費約占總電費的70%左右，因此，如何調整好外輸泵的日常運行，使輸配水噸水電耗保持在一個較經濟合理的范圍內，是節能工作的重點。我們始終積極探索，認真研究，采取有效措施來解決這個問題。

二、問題的提出

該石油公司取水廠日取水能力為50萬立方米/日。當初設計時，考慮到中長期規劃和最不利水量、水位情況，選擇了兩種機組泵型，一種為電機1400KW/10KV，取水泵900HR（H62米，Q6360立方米/小時），另一種為電機900KW/10KW，取水泵700HR（H62米，Q3900立方米/小時）。取水廠的二級泵站——該水廠的一、二期工程設計供水量為50萬立方米/日。

由于油田產量有限，外網用水量逐年減少。目前取水廠實際輸水能力僅為25-30萬立方米/天，水泵總流量Q僅為1.04-1.25億立方米/小時，輸水管道水頭損失18-20米，水泵銘牌水頭62米。如果泵壓下降到等于管網的阻力，泵就會過載。所以，取水廠只能通過調節出口閘門來控制泵的壓力，從而使泵在高效率區域內運行。這種操作不僅增加了閘門的水頭耗損，同時對電能造成了極大的浪費。而且閘門的節流調節不當，泵很容易偏離高效段或過載運行，導致泵的故障率增加，縮短機組的使用壽命。

兩年以來，該泵已維修10多次，維修費用超過100萬元。而且水廠是保障油田用水的關鍵。所以對該水廠的水泵進行技術改造升級是屬于勢在必行的。

三、變頻調速改造方案的初步計算和論證

一般情況下，泵都在額定工作條件下，按最佳工作條件設計操作。

額定壓力下的額定流量可以在B點獲得，此時泵的效率最高。關閉閥門可以控制流量。當流量減小時，泵分別在點P、Q、R和S工作。此時，泵需要在非常高的壓差下工作，因此泵的能量輸出遠遠超過實際系統需要。多余的能量表示為閥門上的熱損失，由液體代替。泵的總輸入能量可以通過將泵的輸出能量除以泵的效率來獲得。調節泵出口閥的開度以降低流量，導致相當大的能量損失。

電機可以通過變頻器驅動泵變速運行。在任何流速下，泵的特性曲線都符合系統的需要。流量與電機轉速成正比，產生的壓差與轉速的平方成正比。無級變頻后可以得到無數的AB-CD泵特性曲線。管道特性曲線與AB—CD形成的陰影帶之間的任意交點都可以作為工作點，以適應外網水量的變化，在較小揚程下達到P、Q、P點所對應的流量，同時所損耗的能量較少，節能效果顯著。

對于同一臺葉片式水泵有如下規律：

Q1/Q2=n1/n2H1/H2=(n1/n2)2N1/N2=(n1/n2)3

取水廠1#、3#、6#泵均為進口大泵，其電機轉速分別為748r/m，745r/m，750r/m。

如果3#泵調速到500r/m，則其流量、揚程及功率參數如下：

Q原/Q變=n原/n變=748/500=1.496

Q變=4251.3立方米/小時

H原/H變=(n原/n變)2=1.4962

H變=28.59米

N原/N變=(n原/n變)3=1.4963

N變=412.2千瓦

如果調速到550r/m，則Q=4663立方米/小時，H=34米，N=547千瓦，調速后泵參數基本適合目前工況。當然，以上計算是在假定系統的管路特性曲線不變的情況下進行的，安裝變頻調速設備后，泵出口閥門可以全部打開，系統的管路特性曲線將向外偏移，那么調速后的泵運行參數更有可能滿足實際工況的要求，因此，可確定此方案為可取。

四、變頻調速方案的節能估算

水泵的耗能計算公式為：P=(K×H×Q)/ηK:為裕度系數η：效率

假設水泵的實際壓力由目前的5.8公斤調速降至2.5公斤，且流量不變，則P25/P58=25/58＝43％，即功率消耗理論上比原來減少1－43％＝57％。按電費0.41元/度，電機效率為0.95，運行330天/年，則原來年耗電電費為（1400KW×24×330×0.41）/0.95＝478萬元。

變頻調速降至2.5公斤后，年耗電電費為：478×43％＝205.54萬元，年節省電費為478－205.54＝272.5萬元。初步看來節能效果相當可觀。

五、方案確定

考慮到水廠一泵的實際條件，經過認真計算，論證，多方面考察，眾多廠家的比較，我們決定安裝北京利徳華福公司生產的高壓大功率變頻器。該變頻器各項性能指標滿足水泵工藝要求，可靠性較高，且改造時間短、見效快。

具體方案為關閉一期和二期之間的聯絡閥門，二期管網獨立運行，變頻器采用一帶一方式拖動6＃泵，6＃泵故障時，可投入工頻運行。工頻/變頻的切換通過旁路柜手動切換。而且，工頻和變頻切換有電氣聯鎖和PLC的邏輯互鎖，能保證機組安全運行。恒壓控制，閉環運行，二期管網壓力為0.1MPa；采用閥門聯動自動控制，具有冷卻水流量檢測保護功能。

六、改造后，6#泵高壓變頻調速裝置試運行情況

本年1月6日，變頻器技術人員和取水廠的有關人員對6#泵的變頻調速裝置進行了試運，試運行情況如下：

為了保證水廠試運行期間的穩定運行，我們通過調度提前通知變電站和水廠做好試運行準備。先停7#泵，關閉3#泵與6#泵之間管匯的連接閥，調整3#泵運行，保持一期出口閥開度不變在12%。將6#泵的變頻頻率設置為37 Hz，啟動6#泵，運行穩定后，將第二級出口閥打開至70%，然后觀察泵裝置在頻率分別為35 Hz、33 Hz、30 Hz和28 Hz時的運行狀態:

試運行結束后，我們將頻率設置為30 Hz進行開環運行，并安排水廠值班員單獨記錄6#泵的運行情況。經過幾天的運行，變頻器運行穩定，功能齊全，操作簡單，完全滿足實際工況要求，達到了預期效果。

七、改造后的節能檢驗

節能效果最終要用儀表檢驗，最直接可靠的方法是用電度表測量變頻改造前后的能耗加以比較。

原來3#、6#泵工頻運行的運行記錄：

注：32天3#、6#泵工頻運行時泵站總單耗為：(0.2064+0.2143）/2=0.21千瓦時/立方米。

現在3#泵工頻運行，6#泵變頻運行（30HZ），匯管閥門關閉，兩臺泵單獨運行記錄：

注：從本年1月9日19：00時—到14日7：00時為4.5天，則日平均水量為1064700/4.5=236600立方米。

原3#、6#泵工頻運行時，單耗為0.24千瓦時/立方米；現變頻運行時單耗為0.06千瓦時/立方米。年節電量：0.07*23.66*365=604萬瓦時，合RMB：268.78萬元。

八、變頻改造后，水廠的工藝改善

1）高壓變頻器內置了PLC，在現場實現外部邏輯控制時，非常方便。例如：閥門聯動功能使值班人員，在啟、停泵時無需再對閥門進行任何操作；減少了工作量和誤操作；冷卻水流量保護功能保證了水泵電機安全穩定的運行。

2）6＃泵變頻改造后，電機的轉速、電流、水泵的出口壓都明顯下降，使電機水泵的運行狀況明顯改善，不僅直接節約耗電量，而且，由于變頻器的軟啟動功能，減少了對電機和電網的沖擊，延長了設備的使用壽命，降低了設備的維修費用。

3）變頻器采用壓力閉環控制，保證管網水壓0.1MPa。由于變頻器的調速平滑，控制精度高，所以管網壓力波動范圍很小，能充分滿足現場供水工藝要求。

4）高壓變頻器具有完善、靈敏的故障檢測、診斷、報警、跳閘等功能，保證電機水泵始終安全運行。

5）上位機的監控功能和遠程撥號監控功能為用戶實現集中監控創造了必要條件。

九、結論

經過實踐運行的證明，此次取水廠的水泵變頻改造是成功的，取得的經濟效益和社會效益是顯而易見的。

1、節約了大量電能，降低了供水成本；

2、增大了系統可調范圍，提高了系統運行的靈活性；

3、降低了水泵電機的轉速，減少了機泵的啟動沖擊和機械摩擦、震動，延長了機組的使用壽命；

4、減小了機泵運行噪音，改善了工作環境；五是智能化的聯動功能和完善的故障保護功能，即提高了工作效率，又增強了系統安全可靠性。

因此，高壓大功率重載變頻器調速技術是一項利國利民的高科技，具有廣闊的應用前景。水泵調速或恒壓供水系統應用于供水行業具有重要的現實意義。這種高壓大功率變頻調速裝置將成為未來供水行業節能改造的首選！