變頻調(diào)速裝置在南段雙塔泵站的應(yīng)用

閻秋霞 劉先念 張通觀

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院 沈陽 110006) (大連市供水有限公司 116021)

變頻調(diào)速裝置在南段雙塔泵站的應(yīng)用

閻秋霞 劉先念 張通觀

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院 沈陽 110006) (大連市供水有限公司 116021)

大中型長距離引水工程中的泵站因受水源水庫水位及調(diào)水流量變化的影響，泵站揚(yáng)程變幅往往較大，滿足水庫死水位條件下調(diào)最大流量而選用的恒速泵，在經(jīng)常運行水位下的低揚(yáng)程運行工況效率相對較低或無法運行，需要調(diào)整閥門開度增加損失運行，此種情況增設(shè)變頻裝置是較優(yōu)的節(jié)能方案。本文介紹雙塔泵站變頻裝置與其他節(jié)能方案比選以及變頻臺數(shù)比選情況。實際試運行證明：其節(jié)能效益與理論計算相符，節(jié)能效益顯著。

恒速泵 變頻調(diào)速泵 變頻裝置

大伙房水庫輸水應(yīng)急入連的南段工程是從碧流河水庫取水，經(jīng)頭部雙塔加壓泵站和樂甲中間加壓泵站加壓后送入東風(fēng)水庫的高位水池再自流進(jìn)入市區(qū)的凈水廠。位于頭部的雙塔加壓泵站其任務(wù)是將碧流河的水加壓送到花房溝隧洞進(jìn)口，平時能夠保證該工程平均流量(23.32萬m3/d)、最大流量(30.31萬m3/d)的供水需要，在引碧入連暗渠工程供水事故時，能提供57.5萬m3/d的事故備用水。雙塔泵站從碧流河水庫取水，水庫死水位為47m，正常高水位為69 m，運行水位變化較大。

碧流河水庫各運行水位頻率見表1。根據(jù)碧流河運行水位及水庫至花房溝隧洞進(jìn)口的管路水力損失，確定各供水流量下的水泵所需揚(yáng)程，見表2。

表1 碧流河水庫運行水位頻率

表2 泵站流量、揚(yáng)程參數(shù)

以上運行條件致使該泵站具有流量大、揚(yáng)程高、揚(yáng)程變幅大的特點，為使水泵在各工況下都能高效、安全運行，水泵選擇應(yīng)考慮以下三種方案：?變頻調(diào)速;?利用水泵出口閥門節(jié)流;?更換葉輪。根據(jù)以上三種措施擬定以下三個比較方案：

a.方案1：變頻調(diào)速方案。5臺 SM501—640—640臥式雙吸離心泵，2臺變頻裝置。事故時，全部恒速運行，平均流量供水，2臺工作，最大流量供水，3臺工作，2臺備用。

b.方案2：大小泵組合水泵出口閥門節(jié)流方案。2臺 SM502—720—655大泵，4臺 SM501—640—600型小泵。事故時全部工作，平均流量供水，2臺工作，最大流量供水，3臺工作。

c.方案3：更換轉(zhuǎn)輪方案。2臺 SM502—720—655大 泵，4臺 SM501—640—575型 小 泵，2個SM501—640—600更換轉(zhuǎn)輪。事故時全部工作，平均流量供水，2臺工作，最大流量供水，3臺工作。死水位和事故時均需更換葉輪。三個比較方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見表3。

表3 三方案的經(jīng)濟(jì)比較

三方案比較優(yōu)缺點如下：

a.變頻調(diào)速方案缺點是變頻設(shè)備投資高。優(yōu)點為：運行最為靈活;可以手動或自動連續(xù)調(diào)節(jié);水泵降速運行后，大部分工況運行在高效區(qū)，并可以充分利用水庫水能，節(jié)約電能。從表4可以看出，與其他方案比較年耗電最少，年運行電費比其他方案少200萬元以上，總現(xiàn)值最少，為最經(jīng)濟(jì)方案。

b.大小泵組合水泵出口閥門節(jié)流方案優(yōu)點是設(shè)備投資最少。缺點是流量通過水泵出口閥門調(diào)節(jié)，流量調(diào)節(jié)較為困難，并不能連續(xù)調(diào)節(jié);年耗電量最多，總現(xiàn)值最大，為最不經(jīng)濟(jì)方案。

c.換葉輪方案設(shè)備投資較少。通過更換葉輪，可以利用一部分水庫水能，提高部分運行工況的效率。但由于水庫水位變幅大，更換葉輪，也不能保證各揚(yáng)程下均能運行，部分揚(yáng)程仍需通過閥門節(jié)流滿足運行，因此其耗電量仍較高，總現(xiàn)值比變頻方案大，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也較差。

通過以上比較，對于從變幅較大的水庫取水的中型加壓泵站，采用變頻裝置，不但運行靈活，而且節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯。因此該工程采用變頻調(diào)速方案。

采用變頻調(diào)速裝置，使水泵變速運行，適應(yīng)于不同的運行工況，達(dá)到節(jié)能效果，變頻裝置多，運行靈活性高，但投資大，因此采用幾臺變頻裝置更為合理，應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)比較確定。事故工況出現(xiàn)幾率低，對泵站的經(jīng)濟(jì)運行影響小，因此變頻數(shù)量的比選不考慮事故工況，只對正常運行工況進(jìn)行比較。根據(jù)正常運行工況的供水流量、揚(yáng)程參數(shù)及水泵運行特性曲線，分別對1臺、2臺、3臺變頻方案進(jìn)行技術(shù)參數(shù)、年電費及投資估算。各方案的運行工況技術(shù)參數(shù)見表4。

續(xù)表

從變頻數(shù)量經(jīng)濟(jì)比較(見表5)可以看出，變頻裝置越多，工程投資越多，年耗電量越少。1臺增為2臺，電費減少較多，而2臺增到3臺，電費遞減幅度降低，僅比3臺少28萬元，因此2臺變頻裝置總費用現(xiàn)值最小，為最經(jīng)濟(jì)方案，最終雙塔泵站采用2臺方案。

表5 變頻數(shù)量經(jīng)濟(jì)比較

雙塔泵站已建設(shè)完成并于2010年6月進(jìn)行了試運行。對運行工況進(jìn)行參數(shù)測定，根據(jù)測定值判斷運行參數(shù)基本與計算值相符合，水泵降速運行效率與相似工況計算值也基本一致。

結(jié)論：通過對雙塔泵站變頻方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析以及實際運行實測數(shù)據(jù)驗證，在類似雙塔泵站這種揚(yáng)程、流量變幅較大的泵站采用變頻調(diào)速裝置其節(jié)能效果是顯著的。特別最近幾年，隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，變頻裝置的產(chǎn)品質(zhì)量得到很大提高的同時，價位卻大幅滑落，不再是高價產(chǎn)品，其經(jīng)濟(jì)效益更為可觀，應(yīng)在類似工程中推薦采用。但變頻裝置本身也是有電能損耗的，因此在工程中是否采用，應(yīng)經(jīng)過經(jīng)濟(jì)分析論證后確定。