變頻器在引灤工程潮白河泵站恒壓供水中的應(yīng)用

白露芳，王 倩，芮 雨

（天津市引灤工程潮白河管理處，天津 301800）

潮白河泵站原供水系統(tǒng)采用的是恒速交流電機（3臺22 kW電機）拖動，電動機采用的是Y-△啟動方式。1臺22 kW電動機的啟動電流可達到80A，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電動機的使用壽命大大下降，同時啟動時的機械沖擊和停泵時的水錘現(xiàn)象容易對機械散件、軸承、管道等造成破壞，從而增加了維修工作量和備品備件費用。為此，2003年潮白河泵站對泵站供水系統(tǒng)進行了改造，將變頻技術(shù)引入了供水系統(tǒng)中，達到了節(jié)能和延長電機及機械散件、閥門、管道使用壽命的目的。

1 水泵的變頻節(jié)能原理

采用變頻調(diào)速控制供水泵的流量是通過用水量（壓力）的大小來控制，供水量的大小是由水泵電機的轉(zhuǎn)速決定的。電機耗電量決定于電機的輸出功率，輸出功率與電機轉(zhuǎn)速的立方成正比，而電機的轉(zhuǎn)速與供電頻率成正比，所以電機轉(zhuǎn)速稍有下降，即稍微降低供電頻率，輸出功率將大幅度下降。所以，在滿足泵站正常的技術(shù)用水和生活用水的情況下，對水泵轉(zhuǎn)速做出相應(yīng)調(diào)整，可以使電機從電網(wǎng)吸收的電能大大減少，從而達到節(jié)約電能的目的。

電機減少的功耗和水泵減少的流量計算公式分別為：

式中：△P為電機減少的功耗；P0為電機原轉(zhuǎn)速下的消耗功率；N1為電機調(diào)整后的轉(zhuǎn)速；N0為電機原轉(zhuǎn)速；△Q為水泵減少的流量；Q0為電機原轉(zhuǎn)速下所產(chǎn)生的水泵流量。

由式（1）、（2）可以看出，水泵流量的減少與電機轉(zhuǎn)速減少的一次方成正比，但電機功耗的減少卻與電機轉(zhuǎn)速減少的三次方成正比。

假設(shè)水泵原流量為100個單位，電機耗能亦為100個單位，如果電機轉(zhuǎn)速降低10個單位，由式（2）（△Q=Q0[1-（N1/N0）]=100×[1-（90/100）]=10）可以得出水泵流量減少了10個單位，由式（1）（△P=P0[1-（N1/N0）3]=100×[1-（90/100）3]=27.1）可以得出電機功率減少27.1個單位，即比原來減少27.1%。

另外，水泵啟動時的急扭和突然停機時的水錘現(xiàn)象往往容易造成電機機械散件、管道的損壞，供水水泵采用變頻調(diào)速后可以實現(xiàn)水泵的軟啟動和軟停機，從而使急扭和水錘現(xiàn)象得到解決。在用水量不大的情況下，可降低水泵的轉(zhuǎn)速，這樣不僅避免了水泵長期工作在滿負荷狀態(tài)下造成水泵過早老化，而且變頻器的軟啟動大大減小了水泵啟動時對機械的沖擊，也具有節(jié)能的作用。

2 變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成

變頻器是整個變頻恒壓供水系統(tǒng)的核心部分，其系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1中水泵電機是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制實現(xiàn)變流量恒壓控制，變頻器接受PID調(diào)節(jié)器信號對水泵進行速度控制，壓力傳感器檢測管網(wǎng)出水壓力把信號傳給PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)變頻器頻率來控制水泵轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的循環(huán)控制。

2.2 變頻調(diào)速恒壓供水自動控制的原理

系統(tǒng)控制方式在自動恒壓供水運行時，通過用水管網(wǎng)上的壓力傳感器對用水水壓進行數(shù)據(jù)采集，將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，傳輸至PID調(diào)節(jié)器，然后與用戶設(shè)定的壓力值進行比較和運算，并將比較和運算的結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號和水泵啟動臺數(shù)信號分別送至變頻器和PLC。變頻器據(jù)此按一定順序輪流驅(qū)動一臺或多臺水泵的運行，但在同一時間只有一臺水泵由變頻器驅(qū)動。當(dāng)用水量增大時，變頻器能根據(jù)PID調(diào)節(jié)器上設(shè)定的所需壓力值確定水泵運行臺數(shù)。當(dāng)變頻器驅(qū)動的水泵運行到設(shè)備上限頻率仍達不到所設(shè)定的壓力值時，變頻器自動將該臺水泵切換至工頻運行，同時驅(qū)動另一臺水泵變頻運行，來滿足供水壓力的需求。當(dāng)用水量變小且管網(wǎng)壓力值偏高時，變頻器自動降低變頻水泵的運行頻率，使其轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)頻率降至20HZ時變頻水泵停止運行，將工頻運行的水泵切換至變頻運行，進行變頻泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，將用水管網(wǎng)中的水壓恒穩(wěn)在用戶預(yù)先設(shè)定的壓力值內(nèi)，使供水泵組“提升”的水量與用戶管網(wǎng)變化的水量保持一致，以維持管網(wǎng)壓力的恒定，達到變頻恒壓供水的目的。

3 結(jié)語

潮白河泵站自2003年改造以來，一直采用變頻恒壓的供水方式，不僅免去了許多繁瑣的人工操作及一些不安全隱患因素，并使運行系統(tǒng)始終在節(jié)電狀態(tài)下運行，延長了設(shè)備的使用壽命，減少了電網(wǎng)的無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率，從而提高了輸電效率。從幾年運行情況來看，效果很好。