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，節(jié)約了維修費(fèi)用，同時平滑調(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)計供水量為40萬噸。其三期送水泵房共有10臺水泵機(jī)組，電動機(jī)功率分別是：550kW三臺、560kW一臺、400kW一臺，380kW二臺、355kW二臺、220kW一臺。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)的兩臺高壓變頻設(shè)備，型號是：HARSVERT－A06/076，分別拖動3#號機(jī)組550kW電動機(jī)和8#號機(jī)組560kW電動機(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)水泵拖動電機(jī)工頻運(yùn)行時，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，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)速時的流量、揚(yáng)程、功率；
Q2、H2、P2—水泵在n2轉(zhuǎn)速時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)上的壓力傳感器對管網(wǎng)的水壓進(jìn)行采樣，將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，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)信號送至變頻器。變頻器根據(jù)傳送過來的頻率調(diào)節(jié)信號調(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)置一臺變頻泵和一臺工頻泵并聯(lián)運(yùn)行為例。當(dāng)管網(wǎng)流量減小時，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：
?、賹τ谛∫?guī)模的給水系統(tǒng)，可以僅設(shè)一臺變頻泵，并使泵的高效區(qū)(其高效范圍比工頻泵運(yùn)行時的范圍要大)盡可能多地包括出現(xiàn)幾率較大的工況點(diǎn)。
?、诓捎枚嗯_泵調(diào)速運(yùn)行。當(dāng)然，由于變頻調(diào)速裝置價格比較昂貴，應(yīng)綜合考慮其經(jīng)濟(jì)因素而定。
?、圻x擇工頻泵時，應(yīng)使系統(tǒng)在最不利點(diǎn)工作時，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，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)定為最不利工況時水泵出水口所需壓力值。仍以一臺變頻泵與一臺工頻泵并聯(lián)運(yùn)行為例。當(dāng)管網(wǎng)流量減小時，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，水泵出水口壓力(仍為最不利情況下系統(tǒng)所需壓力)大于管路此時需要的壓力，從而仍會在一定程度上導(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選擇工頻泵時盡量使每臺泵的工況點(diǎn)落在高效區(qū)。
針對我廠的實(shí)際現(xiàn)狀，高壓變頻器拖動單個機(jī)組的節(jié)能效果好；還是變頻器拖動水泵機(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算機(jī)計量，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，在報請總公司領(lǐng)導(dǎo)和中調(diào)的同意后，進(jìn)行了對比運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。我們分別用一臺變頻器閉環(huán)運(yùn)行和其他定速泵配合；用兩臺變頻器一個開環(huán)運(yùn)行一個閉環(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)計表：
