（中铝西北铝责任有限公司， 陇西 748100）

1 序言

我公司生水泵站共有3台离心泵水泵，采用一用两备的运行方式。原系统水泵电机使用接触器控制，启动方式为全电压启动，启动时对设备和电网造成严重的冲击，大大降低了电机和水泵的使用寿命，增加了维修量。单台水泵开启后根据用水量手动控制出水阀门开口度调节供水压力，如单台水泵提供水压不能满足需要手动投入第二台水泵补充。由于是手动作业，需反复开关几次才能调节到需求压力。频繁调节阀门会产生大量的节流损失增加能耗，且水泵启动后电机始终处于恒速运行状态，电能明显浪费在无用功上。在生产设备需水量变化比较大时，操作人员需随时调节出水阀开口度及投入切除备用泵组，浪费人力且手动调整时间较长，影响生产设备正常运行。鉴于生水泵站原电气控制系统存在如上所述之问题，我公司决定对生水泵站电控系统进行变频节能技术改造。

表1 生水泵站水泵及电机参数

2 生水泵站电控系统变频节能改造设计方案

生水泵站改造采用出口水压恒压控制方式，以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。电气控制系统以PLC控制系统作为主控制系统，出口管网处加装压力传感器作为水压反馈信号，智能仪表输入作为压力设定给定信号，压力传感器反馈信号接入智能仪表，智能仪表将给定和反馈偏差信号传入PLC控制系统，PLC控制系统进行PID计算后，控制变频器输出频率的增加或减少来实现水压恒压控制。三台水泵采用“一拖三”控制方式，由PLC控制系统通过接触器切换电机变频工频使用，在变频控制水泵不能满足出口水压要求时，投入工频控制备用泵，工频控制电机启动使用软启动器启动减少对电网及设备的冲击。

在系统运行过程中，如果实际供水压力低于设定压力，PLC控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率。该频率使水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复，直到实际供水压力和设定压力相等为止。如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变频的输出频率将会降低，水泵的转速减小，实际供水压力因此而减小。

3 生水泵站电控系统变频节能改造系统组成

生水泵站电控系统变频节能改造新加设备主要有PLC控制系统、智能仪表、变频器、软启动器等组成。

3.1 PLC控制系统

生水泵站电控系统变频节能改造PLC控制系统选用西门子S7-200控制系统，S7-200的用户程序中包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其他职能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态已达到控制目的。紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集完全能够满足本次改造的要求，且S7-200价格较低节省了改造费用。

3.2 智能仪表

生水泵站电控系统变频节能改造智能仪表选用宇电AI-708精密人工智能工业调节器，该智能仪表的主要特点有输入可自由选择热电偶、热电阻、电流、电压并可扩充输入及自定义非线性校正表格，测量精度达0.2级。采用先进的AI人工智能PID调节算法，无超调，具备自整定功能及精细控制模式。采用先进的模块化结构，提供丰富的输出规格，能广泛满足各种应用场合的需要。每秒12.5次测量采样数率，最小控制周期达0.24秒，能适应快速变化对象的控制精度。人性化设计的操作方法，易学易用。抗干扰性能符合在严酷工业条件下电磁兼容（EMC）的要求。

3.3 变频器

生水泵站电控系统变频节能改造变频器选用西门子MICROMASTER 440通用型变频器，MM440通用变频器易于安装，参数设置和调试。有牢固的EMC设计，对控制信号的响应是快速和可重复的。参数设置的范围很广，电缆连接简便，具有多个继电器输出和模拟量输出（0-20MA），6个带隔离的数字输入，2个模拟量输入，可输入0-10V、0-20MA、-10至+10V信号。具有矢量控制和V/f控制功能，具有电流限制（FCL）功能，避免运行中不应有的跳闸。内置的直流注入制动。复合制动功能改善了制动特性。具有PID控制功能的闭环控制。加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能。具有过电压/欠电压保护、变频器过热保护、接地故障保护、短路保护、I2t电动机过热保护和PTC/KTY电动机保护等保护特性。

3.4 软启动器

生水泵站电控系统变频节能改造软启动器选用西安西驰CMC-MX内置旁路型电机软启动器，该软启动器是一种基于触发闭环算法的调压、限流式智能异步电动机软启动器。内置旁路接触器触点采用磁保持型接触器，无噪音、无电磁污染、不产生火花。该软启动器能无阶跃的平稳启动/停止电机，避免因采用直接启动、星/三角启动、自耦减压启动等传统启动方式启动电机而引起的机械与电气冲击等问题，并能有效降低启动电流及配电容量。该软启动器具有多种启动方式，可选择限流启动、电压斜坡启动，并可在每种启动方式下施加可编程突跳启动及启动电流限制。该软启动器具有高可靠性、强大的抗干扰性、简便的调整方式、优化的结构、电源频率自适应、维护简便等特性。该软启动器保护功能完善，有过电流、输入输出缺相、晶闸管短路、过热保护、漏电检测、电子热过载、内部接触器故障、相电流不平衡等电机保护功能。

4 生水泵站电控系统变频节能改造后系统运行方式

生水泵站电控系统变频节能改造后系统运行方式：

通过变频选择开关选择1#2#3#水泵中任意一台为变频运行。闭合工频的软启动器三项电源空气开关，闭合工频补偿泵的工频旁路三项电源空气开关。通过软启动器开关选择1#2#3#水泵中的任意一台为工频运行。

运行操作：

（1）操作人员按控制柜变频启动按钮，变频运行水泵的指示灯亮，则变频泵1#或2#3#开始变频运行。

（2）变频运行的水泵启动20秒钟后，PLC自动将选择变频运行水泵的井口阀开阀。

（3）一台水泵变频运行，PLC对这台变频水泵进行自动控制。当实际压力低于设定压力时，PLC根据该偏差进行PID控制算法处理，通过D/A转换后发出指令，使变频器输入频率增高，增加水泵转速，从而提高给水量，使实际压力达到设定压力要求。反之则逆运行。

（4）当变频泵升速至50HZ，经过30秒延时，实际压力任然低于设定压力，PLC自动通过软启动器启动工频补偿泵，待软启动器达到全速达速点时，软启动器的旁路接触器闭合，工频补偿泵开始运行。三台泵的补偿顺序：1#变频时，2#工频补充；2#变频时3#工频补充；3#变频时，1#工频补充。

（5）当两台泵运行，变频泵降速到15HZ，经10秒延时，实际压力任高于设定压力，PLC自动停止补充泵工频运行。

（6）按变频停止按钮，变频运行水泵的出口阀关闭、变频泵1#2#3#停止变频运行。

（7）工频运行。当变频控制泵发生故障，短期不能恢复运行，可选择工频运行。

5 生水泵站电控系统变频节能改造达到的节能效果

5.1 电能节能

生水泵站电控系统变频节能改造使用变频调速技术改变电机转速的方法控制供水出口管网水压保持恒压，比改造前使用手动控制出水阀门开口度调节供水压力方式节约电能效果明显，从我公司实测数据来看，改造前生水泵站月度用电量平均在30000度左右，改造后生水泵站月度用电量平均在17500度左右，每月平均节约电能40%以上。

生水泵站电控系统变频节能改造前电机启动方式为全电压启动，启动时对设备和电网造成严重的冲击，大大降低了电机和水泵的使用寿命。改造后利用变频器的软启动功能和软启动器控制工频启动，启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,延长了设备的使用寿命。

生水泵站电控系统变频节能改造前系统功率因数偏低，大量的无功功率不但增加线损和设备发热，而且导致设备使用效率低下,浪费严重。改造后由于变频器内部滤波电容的作用,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。

5.2 人工及维修成本节约

生水泵站电控系统变频节能改造后泵站出水压力自动恒定控制，设备启动后，除正常巡视外无需专人操作，相比改造前动人工调整方式节省了大量人力，生水泵站值班人员由原来的7人减少为3人，且工作量比改造前大为降低。

生水泵站电控系统变频节能改造后电机启动改为软启动方式，使供电设备、电机、水泵、水管管道等相关设备故障率大大降低。改造后管道出水阀门除维修时始终处于全开状态，阀门故障率也大为降低。

6 结束语

我公司生水泵站电控系统变频节能改造后，设备运行稳定，供水压力稳定，系统节约电能效果明显，设备故障率大大降低，人力成本节约较大，改造效果达到了公司要求。为公司其他泵站的节能改造起到了一定的参考作用。