摘要：为保证南阳热电发电供热正常需要泵站长期不间断向厂内提供补充水。因四水厂电源引自市电，电费结算采用尖峰平谷电价，每年结算电费高达数十万元。为合理利用峰谷电价，对#2、#4供水泵电机增设变频装置，达到技术手段和运行管理节能改造的双重目标。
关键词：峰平谷变频装置节能
一、概述：
南阳热电有限责任公司一期2×210MW供热机组是南阳市重点工程，两台机组分别于3月15日和6月5日正式投产;同时配套提前完成建设的有淯龙泉水业公司四水厂引自鸭河水作为电厂锅炉补给水、生活用水、循环水备用水的泵站一座。南阳热电最大设计补水量1140M3/小时，每天最大设计补水量为2.73×104M3。
二、泵站情况介绍：
南阳热电四水厂泵站安装两台容量500KVA变压器，分别引接自独供三和独供四10KV线路。安装水泵四台，单台电机功率75KW。供水管线为双根DN400管路;水泵型号QSL,单泵流量Q=370M3/小时;单泵功率75KW;水泵扬程56米。电厂单机运行时，通常采用一台泵运行，每小时可供水380M3，母管压力0.21MPa;电厂双机时经常采用两台泵运行，每小时可供水700-800M3，母管压力0.32MPa;高负荷时采用三台泵运行，每小时可供水1000-1100M3，母管压力0.45MPa。从2009、2010年的耗水量统计分析，南阳热电月最大用水量为617039M3，相当于平均每小时用水830M3;月最小用水量为332311M3，相当于平均每小时用水500M3;年最大供水量5668843M3，相当于平均每小时用水647M3。
三、变频改造初衷
因四水厂泵站电源引自市电，电费结算采用尖峰平谷电价每年结算电费高达数十万元。为保证不间断供水，同时合理利用峰谷电价，故对四水厂两台供水泵实施变频改造。通过对#2、#4供水泵电机增设变频装置，达到技术手段节能和运行管理节能的双重目标。
1、水泵运行特性
水泵属于平方转矩类型的负载，
在额定转速运行的特性曲线如下图所示。
特性曲线(β=90°)
H—Q曲线:转速恒定，压力与流量特性。
P—Q曲线:转速恒定，功率与流量特性。
η—Q曲线:转速恒定，表示水泵效率特性。
2、水泵流量的确定
水泵在运行时，一定转速下产生的压力作用在一个截面上时，介质在单位时间内的通过量，即为流量。水泵在运行时，通过压力与管网阻力的共同作用，出现一个稳定的流量输出，称之为工况点，其特性曲线如下图所示。
运行工况点
M——工况点
R——管网的阻力曲线
H——压力曲线
3、变频改造前通过阀门开度调节管网阻力实现对水泵输出的调节，当阀门开度减小时，管网阻力随之加大。当管网阻力发生变化时，水泵转速保持不变，压力随之上升，运行的工况点将改变，输出流量将随之发生变化，其特性曲线如下图所示。
当阀门的三种开度对应R1、R2、R3三种阻力工况，则在转速不变时，对应压力特性曲线分别出现了M1、M2、M3三种工况点。
三种工况点对应的三个流量Q1、Q2、Q3就是在转速不变时，三种阀门开度所对应的三个流量。调节阀门，即可以调整水泵输出流量。
当阀门的三种开度对应R1、R2、R3三种阻力工况，则在转速不变时，其与压力特性曲线分别出现了M1、M2、M3三种工况点。
三种工况点对应的三个流量Q1、Q2、Q3就是在转速不变时，三种阀门、挡板开度所对应的三个流量。调节阀门，即可以调整水泵输出流量。
延伸阅读：
4、通过转速来实现流量调节
改变转速时，压力特性曲线随之改变，当管网阻力不变时，其特性曲线如下图所示。
改变水泵转速的特性曲线
当水泵的转速定为n1、n2、n3时，每个转速都对应其相应的压力特性曲线，在管网阻力R不变的情况下，工况点随之改变为M1、M2，其对应的流量变为Q1、Q2。
采用变频器即可在管网阻力不变的情况下调节流量。
5、流量一定，定速与调速的比较
当供水泵的额定转速为n1，出口门全开管网压力为R1，额定流量为Q1时，通过调节阀门改变管网压力和变频调节转速两种方式，同样将输出流量改变为Q2，其运行工况的差异如下图所示。
从图中可以看出，在输出流量相同情况下，用阀门调节的工况点是M3，运行时压力为Hf(高)。用变频调节的工况点是M2，运行时压为H2(低)。
6、耗能一定，阀门调节和变频调速的差异：
由上分析可见，调节阀门与调节转速的最大差异在于压力，两种运行方式水泵消耗的轴功率差异为:ΔP=Q×ΔH/100η1η2
其中Q为流量，ΔH为两种方式所产生泵出口压力差，Η1为电机效率，η2为水泵效率。
7、水泵类负载与转速的关系
水泵出口流量与转速的一次方成正比，出口压力与转速的二次方成正比，而轴功率与转速的三次方成正比。
由此可见，在较低转速下输送同样流量可节约大量电能。
五、供水泵变频改造方案
增加两台变频柜，在控制室墙上安装独立操作箱，箱体面板设触摸屏，通过通讯方式与两台变频器和PLC相连，可对变频器进行远方操作和监视。液晶屏可实现变频器的启停、频率调整、以及变频器输出端电流、频率及状态的监视。
六、改造后的试运行及节能分析
1)两台泵并列运行的工变频对比
从上可见，在较宽泛的流量变化范围内，水泵均可变频运行，在流量750M3以下的范围内，水泵可以单台变频运行;在流量890M3以下的范围内，水泵可以两台并列变频运行。通过变频运行，产生了较大的节能空间。变频改造前，在单台泵通过阀门调节的情况下，在流量550M3情况下，电机电流已达额定值，如果此时增加阀门开度，电机就会迅速超电流;两台泵并列工频运行时，单纯通过阀门调节，在母管流量达到800M3时电机电流已达额定值。但变频试运经验证明，当变频运行时，出口门全开，母管流量达760M3时电机侧电流才达额定值，该流量已经与两台工频泵并列额定运行的流量相近。通过采用变频装置可实现25-40%的节能效益。
七、总体评价
通过对四水厂两台升压泵实施变频改造，首先从技术角度提供了节能的手段;同时通过合理调度，低电价时段多补水，高电价时段不补或少补水，将可实现在保证管路安全情况下，不但连续变频供水而且高效节能，经济效益将十分可观。
延伸阅读：
原标题：南阳热电供水泵变频改造节能分析
