摘 要： 本文著重介紹了鄭州柿園水廠在送水泵站最佳節(jié)能方式探索中得到的經(jīng)驗(yàn)。結(jié)果表明，采用變頻裝置調(diào)速后，不僅實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，節(jié)約了維修費(fèi)用，同時(shí)平滑調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力安全生產(chǎn)，節(jié)約電費(fèi)降低制水成本，使送水泵站成為名副其實(shí)的節(jié)能型泵站。 關(guān)鍵詞：高壓變頻器 節(jié)能 運(yùn)行方式 　　 1．前言 　　 柿園水廠擔(dān)任了鄭州市西部地區(qū)的重要供水任務(wù)，日設(shè)計(jì)供水量為40萬噸。其三期送水泵房共有10臺(tái)水泵機(jī)組，電動(dòng)機(jī)功率分別是：550kW三臺(tái)、560kW一臺(tái)、400kW一臺(tái)，380kW二臺(tái)、355kW二臺(tái)、220kW一臺(tái)。目前變頻技術(shù)在很多領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用，自來水行業(yè)中新建成的水廠大都采用變頻電機(jī)設(shè)備，它的特點(diǎn)是：提高水廠生產(chǎn)安全系數(shù)并有一定的節(jié)電作用。 　　 2001年，總公司根據(jù)柿園水廠的實(shí)際情況在送水泵房投入使用了利德華福生產(chǎn)的兩臺(tái)高壓變頻設(shè)備，型號(hào)是：HARSVERT－A06/076，分別拖動(dòng)3#號(hào)機(jī)組550kW電動(dòng)機(jī)和8#號(hào)機(jī)組560kW電動(dòng)機(jī)，并于同年8月7日投入向城市管網(wǎng)輸水運(yùn)行。經(jīng)過多年運(yùn)行，設(shè)備基本良好，效益顯著。 　　 2．變頻器節(jié)能的理論依據(jù) 　　 我們從水泵調(diào)節(jié)原理得知，當(dāng)水泵拖動(dòng)電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，出力為額定值，轉(zhuǎn)速及功率亦為額定值；當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水泵的性能曲線，使水泵的額定參數(shù)滿足工藝要求。根據(jù)水泵的相似定律，變速前后流量、揚(yáng)程、功率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為： 　　 Q1/Q2＝n1/n2，H1/H2＝（n1/n2）2，P1/P2＝（n1/n2）3， 　　 其中，Q1、H1、P1—水泵在n1轉(zhuǎn)速時(shí)的流量、揚(yáng)程、功率； 　　 Q2、H2、P2—水泵在n2轉(zhuǎn)速時(shí)相似的工況條件下的流量、揚(yáng)程、功率。 　　 假如，n2比n1降低1/2，則P2/P1＝1/8，可見，降低轉(zhuǎn)速大大降低軸功率可達(dá)到節(jié)能降耗的目的。 　　 3．兩種變頻調(diào)速給水系統(tǒng)運(yùn)行方式的分析 　　 目前水廠變頻調(diào)速基本上都是通過給水系統(tǒng)管網(wǎng)上的壓力傳感器對(duì)管網(wǎng)的水壓進(jìn)行采樣，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將其送至PID調(diào)節(jié)器與用戶設(shè)置的壓力值進(jìn)行比較和運(yùn)算，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)送至變頻器。變頻器根據(jù)傳送過來的頻率調(diào)節(jié)信號(hào)調(diào)整水泵電機(jī)的電源頻率，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速。  變頻調(diào)速給水系統(tǒng)根據(jù)水泵出口壓力的變化情況可分為兩種：變壓變量給水系統(tǒng)和恒壓變量給水系統(tǒng)。 　　 3.1變壓變量給水系統(tǒng) 變壓變量給水系統(tǒng)的壓力傳感器設(shè)置在給水管網(wǎng)末端，PID調(diào)節(jié)器設(shè)定值為管網(wǎng)末端用戶所需的服務(wù)水頭值。系統(tǒng)通過自動(dòng)調(diào)節(jié)使管網(wǎng)末端水壓保持恒定，使管路特性曲線和系統(tǒng)靜揚(yáng)程不變，而水泵出水口壓力則隨著供水量變化依管路特性曲線而改變，故理論上實(shí)現(xiàn)了“系統(tǒng)需要多少，機(jī)組提供多少”，不會(huì)由于供水量的減小而產(chǎn)生多余的靜揚(yáng)程，節(jié)能效果滿意。但這只是一種理想情況，且系統(tǒng)中僅有變頻泵在單獨(dú)工作。由于變頻設(shè)備比較昂貴，大型給水系統(tǒng)往往采用變頻泵與定速泵并聯(lián)運(yùn)行的方式供水。 現(xiàn)以系統(tǒng)中設(shè)置一臺(tái)變頻泵和一臺(tái)工頻泵并聯(lián)運(yùn)行為例。當(dāng)管網(wǎng)流量減小時(shí)，需要揚(yáng)程相應(yīng)降低，變頻泵可以通過減速運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。但為保證并聯(lián)機(jī)組正常工作，工頻泵揚(yáng)程也必須相應(yīng)降低，這只能通過增加流量實(shí)現(xiàn)，從而造成水量的漏失，且還可能導(dǎo)致工頻泵離開高效段工作，即沒有達(dá)到真正節(jié)能的目的。遇有以上情況，可以采取以下措施來改善其節(jié)能效果： ①對(duì)于小規(guī)模的給水系統(tǒng)，可以僅設(shè)一臺(tái)變頻泵，并使泵的高效區(qū)（其高效范圍比工頻泵運(yùn)行時(shí)的范圍要大）盡可能多地包括出現(xiàn)幾率較大的工況點(diǎn)。 ②采用多臺(tái)泵調(diào)速運(yùn)行。當(dāng)然，由于變頻調(diào)速裝置價(jià)格比較昂貴，應(yīng)綜合考慮其經(jīng)濟(jì)因素而定。 ③選擇工頻泵時(shí)，應(yīng)使系統(tǒng)在最不利點(diǎn)工作時(shí)，工頻泵的工況點(diǎn)盡量靠近其高效區(qū)左側(cè)；如果最不利情況出現(xiàn)幾率較小，可以使其稍偏離高效區(qū)，落在高效區(qū)左外側(cè)。這樣，當(dāng)系統(tǒng)揚(yáng)程降低時(shí)，工頻泵仍可在高效區(qū)工作。 　　 3.2恒壓變量給水系統(tǒng) 恒壓變量給水系統(tǒng)將壓力傳感器設(shè)在水泵機(jī)組出水口，旨在使水泵出水口壓力保持恒定，一般設(shè)定為最不利工況時(shí)水泵出水口所需壓力值。仍以一臺(tái)變頻泵與一臺(tái)工頻泵并聯(lián)運(yùn)行為例。當(dāng)管網(wǎng)流量減小時(shí)，變頻泵通過減速運(yùn)行，保持揚(yáng)程不變而減小出水量。由于出口壓力不變，工頻泵出水量不會(huì)改變（即運(yùn)行工況不變），仍在高效區(qū)工作，從而達(dá)到節(jié)能目的。需要指出的是，當(dāng)系統(tǒng)所需流量變小時(shí)，水泵出水口壓力（仍為最不利情況下系統(tǒng)所需壓力）大于管路此時(shí)需要的壓力，從而仍會(huì)在一定程度上導(dǎo)致靜揚(yáng)程的浪費(fèi)。以下兩種措施可以改善其節(jié)能效果： ①適當(dāng)放大管網(wǎng)的管徑，使管路特性曲線更趨平緩，但這會(huì)增加管網(wǎng)的一次性投資，需要和節(jié)能效果作綜合經(jīng)濟(jì)比較。  ②選擇工頻泵時(shí)盡量使每臺(tái)泵的工況點(diǎn)落在高效區(qū)。 　　針對(duì)我廠的實(shí)際現(xiàn)狀，高壓變頻器拖動(dòng)單個(gè)機(jī)組的節(jié)能效果好；還是變頻器拖動(dòng)水泵機(jī)組和其他定速泵機(jī)組配合使用，再結(jié)合市區(qū)管網(wǎng)的節(jié)能效果好？從變頻器投入運(yùn)行后，我們一直在不斷的探索。 　　 4．最佳節(jié)能方式的探索 　　 我廠對(duì)送水房的電機(jī)新安裝了遠(yuǎn)傳電度表后，實(shí)現(xiàn)了耗電量與供水量的同步計(jì)算機(jī)計(jì)量，為了摸清楚變頻電機(jī)的具體節(jié)能效果，根據(jù)我廠的實(shí)際運(yùn)行規(guī)律，在報(bào)請(qǐng)總公司領(lǐng)導(dǎo)和中調(diào)的同意后，進(jìn)行了對(duì)比運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。我們分別用一臺(tái)變頻器閉環(huán)運(yùn)行和其他定速泵配合；用兩臺(tái)變頻器一個(gè)開環(huán)運(yùn)行一個(gè)閉環(huán)運(yùn)行和其他定速泵配合；在基本同樣的供水量，同樣的供水管網(wǎng)，分別試驗(yàn)多次，以下是這三種運(yùn)行方式的千噸水電耗統(tǒng)計(jì)表： 　　 [align=center] [/align] 　　 從統(tǒng)計(jì)表可知： 　　 全定速運(yùn)行千噸水單耗平均值：155.9 kWh/dam 　　 一臺(tái)變頻器閉環(huán)運(yùn)行千噸水單耗平均值：151.6 kWh/dam 　　 一臺(tái)變頻器閉環(huán)運(yùn)行，一臺(tái)變頻器開環(huán)運(yùn)行和定速泵配合千噸水單耗平均值：146.9 kWh/dam 　　 由此可知： 　　 兩臺(tái)變頻器投入使用和全定速泵比較節(jié)能：155.9－146.9＝9 kWh/dam 　　 一臺(tái)變頻器投入運(yùn)行和定速泵比較節(jié)能：155.9－151.6＝4.3 kWh/dam。 　　 根據(jù)反復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，我廠得出結(jié)論：用兩臺(tái)變頻器一個(gè)開環(huán)運(yùn)行一個(gè)閉環(huán)運(yùn)行和其他定速泵配合，這種方式最經(jīng)濟(jì)。 　　 5．制定措施保障變頻器時(shí)刻處于運(yùn)行狀態(tài) 　　 根據(jù)反復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，我們?yōu)樗退谜局贫藝?yán)格的變頻器維修保養(yǎng)制度。按最佳節(jié)能方式調(diào)節(jié)送水泵房的運(yùn)行車次，要求維修人員接到變頻器有故障的通知后，不論是凌晨還是深夜，馬上趕到現(xiàn)場(chǎng)維修，以最短的時(shí)間，排除故障，投入運(yùn)行，以求得變頻器的持續(xù)不間斷運(yùn)行。 　　 6．變頻器的優(yōu)點(diǎn) 　　 6.1安全運(yùn)行 　　 制水廠的安全生產(chǎn)包括用電和供水管網(wǎng)的安全。使用了變頻技術(shù)能有效地減小因大功率電機(jī)的啟動(dòng)對(duì)用電電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)保證管網(wǎng)中壓力的平滑過度，減少暴管的幾率。 　　 大功率的水泵電機(jī)，每次開啟都會(huì)對(duì)廠區(qū)電網(wǎng)有影響。通常定速水泵在啟動(dòng)時(shí)電流是額定運(yùn)行電流的6—7倍，這樣大的沖擊電流易引起掉閘事故，對(duì)電網(wǎng)造成威脅。特別是在電網(wǎng)回路中的電流已經(jīng)接近滿負(fù)荷時(shí)，如果需要再開泵，雖然開啟后總電流不超過滿負(fù)荷規(guī)定的要求，但是因?yàn)閱?dòng)電流太大，瞬間總電流將過額定要求，所以不能開泵，因此影響了正常的生產(chǎn)。如果使用了高壓變頻器后，水泵電機(jī)可以從0赫茲逐步上升至實(shí)際穩(wěn)定的運(yùn)行頻率，電機(jī)電流也能逐漸升高，電網(wǎng)所受的沖擊化解，從而提高了電網(wǎng)的安全運(yùn)行系數(shù)。 　　 管網(wǎng)壓力也是水廠的一項(xiàng)重要指導(dǎo)生產(chǎn)指標(biāo)，壓力過高，不僅容易暴管，而且電耗也升高了；壓力過低，難以保證城市的正常用水。在各個(gè)時(shí)段對(duì)壓力要求也不一樣。以前我廠所有的水泵都為定速泵，只要水泵一開啟，便運(yùn)行在工頻狀態(tài)下，其頻率、電流都固定，全部采用定速泵的組合不一定能夠保證管網(wǎng)壓力正好在所要求的壓力值范圍內(nèi)，每當(dāng)管網(wǎng)用水需求變化時(shí)，壓力便明顯變化，必須調(diào)整車次，這樣做即不安全，也不經(jīng)濟(jì)，而且管網(wǎng)在調(diào)整車次的短時(shí)間內(nèi)，壓力變化較大，易發(fā)生暴管事故。而采用變頻泵，可以使壓力維持恒定，管網(wǎng)需求變化時(shí)，靠調(diào)節(jié)變頻泵的頻率可以滿足用水需求。從而大大降低了管網(wǎng)的暴管次數(shù)。 　　 6.2節(jié)約能耗 　　 變頻水泵電機(jī)的節(jié)能原理是靠減少供水管網(wǎng)中的不必要的水的機(jī)械能實(shí)現(xiàn)的。舉例說明：我廠出廠外壓一般情況維持在0.40Mpa即可滿足供水區(qū)域的用水需求，如果壓力再高，用水量增幅不大，這說明供水區(qū)域已飽和，這時(shí)高于0.40 Mpa的高出部分壓力是浪費(fèi)，維持這些壓力所耗的電能可以通過變頻電機(jī)的調(diào)節(jié)作用節(jié)省出來。 　　 經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，水廠運(yùn)行兩臺(tái)變頻器比以前全定速泵的節(jié)能情況如下： 　　 柿園水廠2005年日均供水量250.6dam/日 　　 兩臺(tái)變頻器投入使用和全定速泵比較節(jié)能：155.9－146.9＝9 kWh/dam 　　 日節(jié)電費(fèi)：250.6 dam×9kmh/ dam×0.523（平均電價(jià)）＝1179.57元 　　 全年按變頻器運(yùn)行十一個(gè)月計(jì)算（排除故障維修工時(shí)）。 　　 全年節(jié)電費(fèi)：1179.57×335天＝39.5157萬元 　　 7．結(jié)束語 　　 自來水廠在變頻調(diào)速給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)給水管網(wǎng)的特點(diǎn)合理選擇泵的運(yùn)行方式，以達(dá)到在滿足使用要求的前提下，既節(jié)省投資又節(jié)能的目的。 　　 采用變頻器裝置調(diào)速后，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)，可以避免大電流啟動(dòng)沖擊造成對(duì)電機(jī)絕緣的影響，減少電動(dòng)機(jī)維修量，節(jié)約維修費(fèi)用，使電機(jī)壽命延長(zhǎng)，也減少了管道的振動(dòng)與磨損。平滑調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力，每年節(jié)約電費(fèi)39.5157萬元。柿園水廠電費(fèi)占制水成本的73.90%，節(jié)約電能可以有效地降低制水成本，緩解電能緊缺，使送水泵站成為名副其實(shí)的節(jié)能型泵站。 　　 參考文獻(xiàn) 　　[1].高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)HARSVERT-A系列技術(shù)手冊(cè) 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司 　　[2].高壓變頻器應(yīng)用資料匯編 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司 　　 作者簡(jiǎn)介 　　馬伶俐 女 42歲 鄭州柿園水廠電氣工程師