1、前言
大慶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zuo右you，因yin此ci，如ru何he調tiao整zheng好hao外wai輸shu泵beng的de日ri常chang運yun行xing，使shi輸shu配pei水shui噸dun水shui電dian耗hao保bao持chi在zai一yi個ge較jiao經jing濟ji合he理li的de範fan圍wei內nei，是shi節jie能neng工gong作zuo的de重zhong點dian。我wo們men始shi終zhong積ji極ji探tan索suo，認ren真zhen研yan究jiu，采cai取qu有you效xiao措cuo施shi來lai解jie決jue這zhe個ge問wen題ti。
2、問題的提出
公司龍虎泡取水廠位於龍虎泡北岸，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——中引水廠的一、二期工程設計供水量為50萬立方米/日。由於油田限產，外網用水量逐年下降，目前取水廠實際輸水量隻有25-30萬立方米/日，泵的總流量Q僅為10400-12500萬立方米/小時，輸水管線水頭損18—20米，而泵的銘牌揚程為62米(mi)，若(ruo)要(yao)泵(beng)壓(ya)降(jiang)到(dao)與(yu)管(guan)網(wang)阻(zu)力(li)相(xiang)當(dang)，則(ze)機(ji)泵(beng)就(jiu)會(hui)超(chao)負(fu)荷(he)運(yun)行(xing)。因(yin)此(ci)，取(qu)水(shui)廠(chang)隻(zhi)能(neng)靠(kao)調(tiao)整(zheng)出(chu)口(kou)閘(zha)門(men)來(lai)控(kong)製(zhi)泵(beng)壓(ya)，使(shi)水(shui)泵(beng)能(neng)在(zai)高(gao)效(xiao)區(qu)運(yun)行(xing)。如(ru)此(ci)運(yun)行(xing)不(bu)僅(jin)增(zeng)大(da)了(le)閘(zha)門(men)的(de)水(shui)頭(tou)損(sun)失(shi)，浪(lang)費(fei)了(le)大(da)量(liang)電(dian)能(neng)，而(er)且(qie)如(ru)果(guo)閘(zha)門(men)節(jie)流(liu)調(tiao)整(zheng)不(bu)適(shi)當(dang)，機(ji)泵(beng)就(jiu)很(hen)容(rong)易(yi)偏(pian)離(li)高(gao)效(xiao)段(duan)或(huo)超(chao)載(zai)運(yun)行(xing)，導(dao)致(zhi)機(ji)泵(beng)的(de)故(gu)障(zhang)率(lv)增(zeng)高(gao)， 縮短了機組的使用壽命，近兩年機泵已經累計維修10餘次，消耗維修費100餘萬元。中引水廠是公司生產大戶，對能否確保油田用水起著舉足輕重的作用，因此，龍虎泡取水廠輸水泵的技術改造勢在必行。
3、變頻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。如圖1所示為泵的典型的工作曲線，AB是泵的性能曲線，與額定係統壓力曲線OB相匹配，在B點可以得到額定壓力下的額定流量，在該點泵有最高的效率，關閉閥門可控製流量，當流量減小時，泵分別工作在P、Q、R、Sdian，cishibengxuyaozaihengaodeyachaxiagongzuo，yincibengdedenengliangshuchubishijixitongxuyaoduodeduo，duoyudenengliangzaifashangbiaoxianweireliangsunhao，bingbeiyetiliudongshidaizou。yongbengdeshuchunengliangchuyibengdexiaolv，keyiqiudeduibengdezongshurunengliang。tiaojiebengchukoufakaidulaijianxiaoliuliang，nengliangsunshixiangdangda。
利用變頻器調tiao速su，可ke使shi電dian動dong機ji驅qu動dong泵beng變bian速su運yun行xing，泵beng的de特te性xing曲qu線xian與yu係xi統tong在zai任ren何he流liu量liang下xia的de需xu要yao相xiang匹pi配pei，流liu量liang與yu電dian機ji轉zhuan速su成cheng正zheng比bi，產chan生sheng的de壓ya差cha與yu轉zhuan速su度du的de平ping方fang成cheng正zheng比bi，如ru圖tu2所示，無級變頻調速後可得到AB—CD無數條水泵特性曲線，管路特性曲線與ABDC形成的陰影帶任何一個交點，都可作為工況點與外網水量變化相適應，在較小的揚程下達到P、Q、R、S點所對應的流量，而且隻損失很少的能量，其節能效果相當可觀。
對於同一台葉片式水泵有如下規律：
Q1/Q2=n1/n2 H1/H2=(n1/n2) 2 N1/N2=(n1/n2 ) 3
龍虎泡取水廠1#、3#、6#泵均為進口大泵，其電機轉速分別為748 r/m，745 r/m，750 r/m。
如果3#泵調速到500 r/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=1.496 2
H變=28.59米
N原/N變=(n原/n變) 3=1.496 3
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=547qianwa，tiaosuhoubengcanshujibenshihemuqiangongkuang。dangran，yishangjisuanshizaijiadingxitongdeguanlutexingquxianbubiandeqingkuangxiajinxingde，anzhuangbianpintiaosushebeihou，bengchukoufamenkeyiquanbudakai，xitongdeguanlutexingquxianjiangxiangwaipianyi，nametiaosuhoudebengyunxingcanshugengyoukenengmanzushijigongkuangdeyaoqiu，yinci，kequedingcifanganweikequ。
4、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)/ η K:為裕度係數 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公斤後，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。
5、方案確定
考慮到中引一泵deshijitiaojian，jingguorenzhenjisuan，lunzheng，duofangmiankaocha，zhongduochangjiadebijiao，womenjuedinganzhuangbeijingli徳huafugongsishengchandegaoyadagonglvbianpinqi。gaibianpinqigexiangxingnengzhibiaomanzushuibenggongyiyaoqiu，kekaoxingjiaogao，qiegaizaoshijianduan、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櫃手動切換。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。恒壓控製，閉環運行，二期管網壓力為0.1MPa；采用閥門聯動自動控製，具有冷卻水流量檢測保護功能。
6、改造後，6#泵高壓變頻調速裝置試運行情況
2002年1月6日，北京利徳華福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：
試運之前，3#、7#泵並聯運行，運行參數如下表：
3#泵泵壓（Mpa） 7#泵泵壓（Mpa） 一期流量（m3/h） 二期流量（m3/h） 一期管壓（Mpa） 二期管壓（Mpa） 一期出口閥開度% 二期出口閥開度% 0.57 0.57 5000 5000 0.17 0.16 12 12.6
為保證試運期間中引水廠的穩定運行，我們事先通過調度通知變電所和中引水廠作好試運行準備。先停運7#泵，關閉3#泵和6#泵之間的彙管連通閥門，調整好3#泵的運行，一期出口閥開度仍保持12%不變。把6#泵的變頻器頻率設定為37赫茲，開啟6#泵，待運行穩定之後，二期出口閥門開到70%，然後觀察頻率分別為35赫茲、33赫茲、30赫茲、28赫茲時水泵裝置的的運行狀態：
設定頻率（HZ） 6#泵泵壓（Mpa） 6#泵流量（m3/h） 輸出電流（A） 37 0.21 6500 77 35 0.19 6000 71.5 33 0.17 5600 67 30 0.14 4800 52 28 0.12 4350 50
試運之後，我們設定頻率為30赫茲開環運行，並安排水廠值班人員單獨作好6#泵運行記錄。通過幾天的運行，變頻器運行穩定，功能齊全，操作簡便，完全滿足實際工況要求，達到了預期的設想結果。
7、改造後的節能檢驗
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後的能耗加以比較。
原來3#、6#泵工頻運行，取2001年8月1日——20日的運行記錄計算：
總用電量：1，214，700千瓦時；
總供水量：5，887，400立方米；
泵站總單耗：0.2064千瓦時/立方米；
取2001年7月8日——19日3#、6#泵工頻運行的運行記錄計算：
總用電量：667500千瓦時；
總供水量：3115200立方米；
泵站總單耗：0.2143千瓦時/立方米；
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），彙管閥門關閉，兩台泵單獨運行。以2002年1月9日19：00時——14日7：00時的記錄為依據計算結果如下；
總用電量：154200千瓦時；
總供水量：1064700立方米；
泵站總單耗：0.14千瓦時/立方米；
原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。
從2002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。
年節電量：0.07*23.66*365=604萬瓦時，合RMB：268.78萬元。
8、變頻改造後，水廠的工藝改善
1）北京利徳華福公司生產的高壓變頻器，內置了西門子公司的S7－200係列PLC，在現場實現外部邏輯控製時，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＃泵變頻改造後，電機的轉速、電流、水(shui)泵(beng)的(de)出(chu)口(kou)壓(ya)都(dou)明(ming)顯(xian)下(xia)降(jiang)，使(shi)電(dian)機(ji)水(shui)泵(beng)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)況(kuang)明(ming)顯(xian)改(gai)善(shan)，不(bu)僅(jin)直(zhi)接(jie)節(jie)約(yue)耗(hao)電(dian)量(liang)，而(er)且(qie)，由(you)於(yu)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)軟(ruan)啟(qi)動(dong)功(gong)能(neng)，減(jian)少(shao)了(le)對(dui)電(dian)機(ji)和(he)電(dian)網(wang)的(de)衝(chong)擊(ji)，延(yan)長(chang)了(le)設(she)備(bei)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)，降(jiang)低(di)了(le)設(she)備(bei)的(de)維(wei)修(xiu)費(fei)用(yong)。
3）變頻器采用壓力閉環控製，保證管網水壓0.1MPa。由於變頻器的調速平滑，控製精度高，所以管網壓力波動範圍很小，能充分滿足現場供水工藝要求。
4）利徳華福公司生產的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。
9、結論
jingguoshijiandezhengming，zhecilonghupaoqushuichangdeshuibengbianpingaizaoshichenggongde，qudedejingjixiaoyiheshehuixiaoyishixianeryijiande。yishijieyueledaliangdianneng，jiangdilegongshuichengben；二是增大了係統可調範圍，提高了係統運行的靈活性；三是降低了水泵電機的轉速，減少了機泵的啟動衝擊和機械摩擦、震動，延長了機組的使用壽命；四是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，又增強了係統安全可靠性。
所以，高壓大功率變頻調速技術是一項利國利民、有you廣guang泛fan應ying用yong前qian景jing的de高gao新xin技ji術shu，用yong於yu供gong水shui行xing業ye的de水shui泵beng調tiao速su或huo恒heng壓ya供gong水shui係xi統tong，具ju有you重zhong大da的de現xian實shi意yi義yi。這zhe種zhong高gao壓ya大da功gong率lv變bian頻pin調tiao速su裝zhuang置zhi，必bi將jiang成cheng為wei未wei來lai供gong水shui行xing業ye節jie能neng、改造的首選設備！
（摘自利德華福網站）