砂山水厂供水节能分析应用论文
摘要：斩波内馈调速技术作为我国首创，具有独立自主知识产权的高新技术，已被广泛使用。设备在水泵节能上的应用，节能效果显著，达到了技术上先进、生产上适用、经济上合理的目的。本文介绍了产品原理和应用实测分析。
关键词：斩波内馈调速功率控制效率
序言
动力耗电是供水行业的主要成本，通常可达总成本的40-50%。造成动力耗电成本居高不下的原因是水泵电机不能按工况变化的需求自行调节，如果能采用高效率、低投入的交流调速取代阀门或运行台数的调节方法，可以使供电成本大幅降低，同时，还可以使管网压力保持稳定。
斩波内馈调速是我国首创的新型交流调速技术，与高压变频调速相比，具有效率高，价格低，谐波含量少，功率因数高等许多优点。沈阳水业有限公司砂山四水厂经过对各种调速设备进行理论计算、节能效果、性价比等多方面的比较分析，2000年底在砂山2#机组调速节能改造工程上，选用了斩波内馈调速设备。经过近三年的实践，收到了明显的节能效果，而且运行可靠。
1斩波内馈调速的原理及特点
1.1功率控制调速原理
深入的理论分析表明，电机调速的实质在于控制电机的机械功率，转速则随机械功率正比变化。功率控制的方法有两种：一种是电磁功率控制，即控制电机的主电功率，它所改变的'是电机的理想空载转速，调速机械特性为平行曲线，调速性质是高效节能型，典型调速有变频调压，斩波内馈，串级，双馈等；另一种是损耗功率控制，即增大电机的损耗，它所改变的是电机的转速降，调速特性为汇交的下垂曲线，调速性质为低效率耗能型。典型调速有转子串电阻，滑差离合器，恒频调压等。
交流调速的性能主要取决于调速的原理，而不取决于调速的具体方式。相同原理下的不同方式，调速性能基本是一致的，例如，变频调速与斩波内馈调速在效率、机械特性等方面几乎没有区别。
斩波内馈调速系统是基于异步电动机转子的电磁功率控制调速，由于转子和内馈绕组都是低压的，因此控制装置回避了变频调速定子控制的电源高压问题。通常，调速控制装置的实际工作电压在200—400V之间，克服了电力电子器件耐压条件对高压异步电动机调速发展的限制，提高了电力电子器件在应用中的可靠性。
1.2内馈调速原理
内馈调速是根据功率控制调速理论创建的新型交流调速系统，通过将转子的部分功率（即电转差功率）移出来，以电能的形式反馈给电机定子上安装的内馈绕组，来实现的功率控制。转子反馈给内馈绕组的功率越多，电动机的机械功率越少，转速就越低；反之，转子反馈给内馈绕组的功率越少，电动机的机械功率越多，转速就越高。内馈调速的工作原理如图1所示。
与变频调速相比，内馈调速采用的是转子控制，因此避开了定子控制的高压问题。两者同属于高效率的电磁功率控制，并无本质区别。
内馈调速的上述技术原理决定了其以下特点
高压电机，低压控制。
成本、价格低低，投资回收期短。
可靠性高。
内馈电机必须有电力电子控制相配合才能实现调速，斩波技术是最佳的控制方式。实际上，斩波是强电的数字控制技术，与传统的改变移相角的控制技术相比，斩波具有功率因数高、谐波分量小、可靠性高等一系列优点，是公认的电力电子先进技术。将内馈电机与斩波控制有机结合起来，就是斩波内馈调速，其特点
有源逆变器的功率因数可以高达0.9，且恒定不变。
逆变电流的谐波有效值可以降低到移相控制的15%左右。使内反馈电机的定子电流畸变小于4%。
有源逆变器的额定容量仅为电机容量的14.8%，容量小，触发简单，使可靠性大为提高。
附加电源容量亦为电机容量的14.8%，对于内馈调速电机，可大大减小内馈绕组所占的铁心空间，简化工艺，降低成本。
2斩波内馈调速设备的应用
2.1设备构成
斩波内馈调速设备是由YQT内馈调速电机和ZNK-01斩波控制装置组成。
斩波内馈调速装置与调速电机恒速运行装置成为并联关系，当调速控制装置意外故障时，自动保护装置可以自动将电动机切换成恒速运行，不至于造成电动机停运。此时电动机只是不能调速而已，可将故障影响缩小到最小限度。
2.2砂山水源改造前日供水情况
砂山水源始建于1974年，自1987年泵房机组改造后，一直采用3#机组24SA-10A水泵连续运行方式工作，高低峰供水和控制水位都依靠调节出水阀门的开度来控制。由于砂山、夹河系统供水能力逐年降低，每日缩紧水门时间达10小时以上，水门最大缩紧度达40%，造成大量电能浪费。
2.3改造前2#机组测试数据
根据生产记录统计，开3#机组时，供水耗电量日均8310kwh，平均单耗为0.429，年均电费约为145万。
2.4改造后2#机组测试数据
2#机组改造调速运行一次成功，根据生产记录统计，开2#机组时，机组耗电量日均4700kwh，平均单耗为0.353。
3运行结果对比分析
由改造前3#机组与改造后2#机组耗电对比可以看出，改造后，整个砂山机组供水总量未发生变化，日平均水量基本未发生变化。生产耗电量（排除天气情况、非生产用电减少等因素，日均好耗电大浮下降。平均日节电3610KW，日均单耗降低76%。节电率在整个砂山供水系统中占到20%左右。
若以单台机组之间相比，2#机组调速运行比3#机组全速运行日节电率约为40%。经两年的使用，其运行的可靠性得到检验，节能效果明显，达到了改造目的。
由以上各项数据可以看出，在目前未发生变化的情况下，开2#调速机组运行与过去开3#机组缩水门运行相比日可节电3600KW，若按每kwh电能0.48元计算，日可节约电费支出约1720元，全年可节约电费支出约62万元。整个改造投资为60万元计算，一年内即可收回投资。
（砂山水源采用的是单机连续运行方式工作，高低峰供水和控制水位都依靠调节出水阀门的开度控制。由于砂山、夹河系统供水能力逐年降低，每日缩出水门时间10小时以上，水门最大缩减度达40%，造成大量浪费。
整个砂山机组日供水量75019m/日，开未改造的3#机组时，机组耗电量日均8310kwh,平均单耗0.429kwh/m；开改造后的2#机组时，日均耗电降为4700kwh,平均日节电3610kwh,单耗由改造前0.429降为0.353，日均单耗降低76%。节电率在整个砂山系统中占到20%左右。经两年的使用，其运行的可靠性得到检验，节能效果明显，达到了改造目的。）
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