自來水廠水泵變頻器節(jié)能改造探討

黃劍鋒

（衡東縣大浦電灌站，湖南 衡陽 421421）

自來水廠水泵變頻器節(jié)能改造探討

黃劍鋒

（衡東縣大浦電灌站，湖南 衡陽 421421）

隨著技術(shù)的發(fā)展以及理論的完善，當(dāng)前變頻技術(shù)也得到極大轉(zhuǎn)變，變頻器應(yīng)用也越來越廣泛。在當(dāng)前節(jié)能及質(zhì)量要求不斷提升的背景下，變頻器的自動(dòng)化及節(jié)能水平明顯提升。以自來水廠的水泵變頻器為例，對(duì)水泵變頻器節(jié)能原理進(jìn)行了分析，對(duì)變頻器具體的節(jié)能改造工藝進(jìn)行了探討，以供參考。

自來水廠；水泵變頻器；技能改造；運(yùn)行轉(zhuǎn)速

自來水廠為居民生活用水提供保障，在自來水廠的實(shí)際生產(chǎn)中，需要借助水泵變頻器進(jìn)行取水、送水等。在當(dāng)前節(jié)能減排的要求下，自來水廠水泵變頻器除了保證取水及送水的流量外，還應(yīng)滿足節(jié)能要求，進(jìn)而促進(jìn)自來水廠的可持續(xù)發(fā)展。

1 自來水廠水泵變頻器節(jié)能原理分析

自來水廠水泵特點(diǎn)在于負(fù)載轉(zhuǎn)矩同組轉(zhuǎn)速平方成正比，軸功率則與轉(zhuǎn)速立方成正比，具體的換算公式如下：

式（1）中：n0為水泵的額定轉(zhuǎn)速；n為運(yùn)行轉(zhuǎn)速；Q0為在n0時(shí)的流量大?。籋0為在n0時(shí)的揚(yáng)程，H為在n時(shí)揚(yáng)程大小；P0為n0的功率，P為n時(shí)的功率。

上述公式中，實(shí)際的泵負(fù)載往往存在高低差揚(yáng)程問題，這需要在進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)進(jìn)行細(xì)致考量。且軸功率同樣需要進(jìn)行相關(guān)考量，水泵的揚(yáng)程越大，相同轉(zhuǎn)速下流量減少程度會(huì)提升，這樣使得轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍比較小，節(jié)能效果也會(huì)下降。為了達(dá)到節(jié)能的目的，可以對(duì)閥門控制及轉(zhuǎn)速控制節(jié)能效果進(jìn)行對(duì)比，相比之下，變頻調(diào)速、軸功率轉(zhuǎn)速與實(shí)際揚(yáng)程有較大變化，且實(shí)際揚(yáng)程小，軸功率也就逐漸可以接近理想的立方關(guān)系曲線，這樣使得轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)比閥門調(diào)節(jié)的節(jié)能作用更突出。

自來水廠水泵因?yàn)樾枰S時(shí)為供水系統(tǒng)補(bǔ)充水，但受不同的季節(jié)及時(shí)段用水量較大差異的影響，用水量差異會(huì)使得供水系統(tǒng)水流量補(bǔ)充造成影響。為了對(duì)水流量及供水壓力進(jìn)行控制，往常一般采取閥門控制水流量的方法，但是這種控制方法往往需要人為進(jìn)行操作，操作比較煩瑣，且還會(huì)產(chǎn)生較多機(jī)械損耗，這樣會(huì)使得維修及控制成本上升。如果應(yīng)用變頻器進(jìn)行流量及壓力控制，則可以依照流量補(bǔ)充所需對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行控制，從而保證控制的有效性，又能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)節(jié)能。

2 自來水廠水泵變頻器節(jié)能改造工藝

2.1 基本工藝要求

為了滿足節(jié)能以及供水的要求，要求自來水廠的供水系統(tǒng)滿足以下幾個(gè)基本的工藝要求：①滿足實(shí)際節(jié)能的相關(guān)要求，變頻器的價(jià)格便宜；②水泵能夠持續(xù)高效運(yùn)轉(zhuǎn)；③變頻器能夠滿足從工頻向變頻、從變頻向工頻之間的相互轉(zhuǎn)換；④水泵變頻器應(yīng)該具備自動(dòng)啟動(dòng)功能，主要是為了應(yīng)對(duì)自來水廠出現(xiàn)瞬時(shí)停電的情況。

2.2 水泵變頻器集成工藝

以某自來水廠供水系統(tǒng)為例，在供水系統(tǒng)中總共配備了三臺(tái)水泵，每臺(tái)水泵容量均為75 kW，其中，兩臺(tái)水泵用于平常的生產(chǎn)，一臺(tái)水泵滿足高峰期用水需求。

系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)：三臺(tái)水泵均要具備調(diào)速以及定速的功能，這樣為主副機(jī)交換工作提供幫助，在實(shí)際運(yùn)行過程中，變頻器只能夠控制一臺(tái)水泵。所以，為了保證主副機(jī)轉(zhuǎn)換的順利進(jìn)行，水泵可以采取相互聯(lián)鎖的形式來實(shí)現(xiàn)邏輯電力控制，這樣在實(shí)際中就可以自由轉(zhuǎn)換水泵，實(shí)現(xiàn)水泵的變頻控制。自來水供水系統(tǒng)具體運(yùn)作時(shí)，兩臺(tái)水泵采取工頻供電的方式進(jìn)行正常工作，一臺(tái)水泵連接變頻器，當(dāng)水泵從變頻控制轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl控制，要保證電機(jī)維持5 s的定速運(yùn)行，之后接觸器方可合閘，這樣主要避免過電壓對(duì)電機(jī)造成影響。為了滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，電機(jī)控制、保護(hù)以及檢測(cè)單元通常集中在某一個(gè)控制柜當(dāng)中。

2.3 水泵變頻器接線

在水泵運(yùn)行過程中，主要以管壓進(jìn)行定量控制，不同管壓下水泵的運(yùn)行有一定的差異。如果管壓大于0.8，則水泵中的一臺(tái)電機(jī)為定速運(yùn)行，另一臺(tái)為變速運(yùn)行，留下一臺(tái)作為備用電機(jī)；管壓小于0.64，只需一臺(tái)電機(jī)做變速或者定速運(yùn)行，兩臺(tái)作為備用電機(jī)；而管壓小于0.52，僅僅只需一臺(tái)電機(jī)進(jìn)行變速運(yùn)行，其余兩臺(tái)為備用，如何確定電機(jī)運(yùn)行工況主要根據(jù)流量-壓力傳感器進(jìn)行分析，通過函數(shù)發(fā)生器轉(zhuǎn)變成控制信號(hào)，啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)或者閥門。

2.4 變頻器接線

變頻器電源側(cè)連接與電機(jī)的具體轉(zhuǎn)向并沒有聯(lián)系，電機(jī)的轉(zhuǎn)向主要受控制器聯(lián)系。連接過程中，需要特別注意的問題是要明確電源端及電機(jī)端方向一致，如果連接方向相反，則會(huì)對(duì)變頻器的運(yùn)作造成巨大影響；在變頻器控制柜上，安裝了多個(gè)功能電表，電表的主要作用是對(duì)電機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行落實(shí)，對(duì)于控制端所連接的控制繼電器，選擇雙觸電微型繼電器這一靈敏度比較高的電氣，這主要保證水泵運(yùn)行中能夠依據(jù)壓力大小切換到合適的流量。在變頻器中還需要裝設(shè)DK電抗線圈對(duì)控制系統(tǒng)功率參數(shù)進(jìn)行控制；同時(shí)，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)突發(fā)情況，變頻器內(nèi)部需設(shè)有報(bào)警器，出現(xiàn)突發(fā)情況可通過報(bào)警器提示；三臺(tái)電機(jī)應(yīng)該都安裝了獨(dú)立的過載保護(hù)，避免電機(jī)過載運(yùn)作，進(jìn)而引起電路損壞。

3 自來水廠水泵變頻器的節(jié)能效果

自來水廠安裝水泵變頻器能夠使水泵電機(jī)的工作電流從110A下降到60～90A，這樣使得電機(jī)升溫并不明顯，降低電機(jī)的損耗以及維修成本，延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。利用水泵變頻器能夠消除電機(jī)因?yàn)檫^載運(yùn)作或單相運(yùn)行而造成的電機(jī)燒壞，這樣可以保證自來水廠的安全生產(chǎn)及運(yùn)作。以自來水廠一臺(tái)功率為75 kW的電機(jī)年運(yùn)行節(jié)能為例，使用水泵變頻器后一年能夠節(jié)約247 000 kW·h的電費(fèi)，每年可以節(jié)約15萬元的電費(fèi)，按照這一節(jié)能效果，兩年之內(nèi)就可以將前期用于增加變頻器的成本回收。同時(shí)，值得一提的是，水泵變頻器常常集供水控制及管理于一體，這樣對(duì)提高自來水廠的生產(chǎn)效率有重要幫助。

4 結(jié)束語

綜上所述，在自來水廠的實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用水泵變頻器能夠收獲良好的節(jié)能效果，同時(shí)，對(duì)自來水廠的安全生產(chǎn)也有重要的意義。因此，實(shí)際的工作中，應(yīng)該充分結(jié)合自來水廠的實(shí)際要求，從變頻節(jié)能方向出發(fā)進(jìn)一步優(yōu)化水泵的技能效果，在保證水壓穩(wěn)定的同時(shí)，使得水廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，保證自來水廠的安全生產(chǎn)，進(jìn)而促進(jìn)自來水廠的可持續(xù)發(fā)展。

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〔編輯：張思楠〕

TM921.51

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.112

2095－6835（2017）23－0112－02