簡析泵站節(jié)能改造的措施與變頻技術(shù)應用

曾建文

【摘要】本文結(jié)合變頻技術(shù)在泵站改造中的應用，對泵站節(jié)能改造進行分析，旨在通過降低水泵耗電量，減少泵站能耗，基于此，首先論述了泵站節(jié)能改造中常用的措施，闡述了變頻技術(shù)在泵站運行中的主要作用及其節(jié)能原理，對變頻技術(shù)在泵站節(jié)能改造中的應用進行了簡要分析。

【關(guān)鍵詞】泵站節(jié)能改造；措施；變頻技術(shù)；作用；節(jié)能原理；應用

隨著城市化建設(shè)的不斷推進，使得各種資源需求不斷增多，因此為了能夠控制城市電能的浪費，開始注重對泵站進行改造，使泵站提升功能，起到節(jié)能作用。為了提高泵站運行的節(jié)能水平，以下就泵站節(jié)能改造的措施及其變頻技術(shù)的應用進行了探討分析。

1、泵站節(jié)能改造中常用的措施

1.1更新泵站機電設(shè)備。具體表現(xiàn)為：第一、更新泵站水泵。泵站水泵的更新可以提高主泵運行效率。通常水泵選型應該以多年平均揚程作為選泵依據(jù)，以最高揚程進行校核，要求在平均揚程時，水泵在高效區(qū)運行；對于選型不當?shù)碾x心泵或蝸殼式混流泵，若其基本性能尚好，可采用變速、變徑調(diào)節(jié)，更換葉輪或更新主泵。對于可調(diào)葉片的軸流泵和導葉式混流泵，可采用變角、變速調(diào)節(jié)，或根據(jù)情況改造導葉、葉片或葉輪。變速、變角調(diào)節(jié)都有一定的限度，如果水泵工作點的性能參數(shù)與實際需要相差較大，或經(jīng)使用后葉輪、口環(huán)等零部件已磨損，就應更換新的零部件，以保證水泵的正常工作。第二、泵站節(jié)能電機更新。通過泵站節(jié)能電機的更新，使電機的工作效率得到有效提高。同時選用配套功率的電動機，確保其能夠滿足主泵各種工況的工作需要，還應使之留有一定空余范圍，此外，還要使電動機配套功率的備用系數(shù)要符合相關(guān)標準，如果備用系數(shù)太大則會使電動機效率降低，其功率因數(shù)也降低，增加輸電線路和變壓器的損耗；同時，如果備用系數(shù)太小則會使電動機難負其重，滿足不了設(shè)備所需的功率要求，從而大大縮短電動機壽命。第三、合理選用節(jié)能設(shè)備。泵站工程應盡量細化設(shè)備尺寸，減少供熱供電面積；積極利用自然光和自然通風條件，減少電能消耗；推廣高效節(jié)能型設(shè)備，減少能源損耗。

1.2降低傳動損耗。在泵站技術(shù)運行的時候，需要根據(jù)水泵輪槽的型號來科學合理的選擇配電機輪與傳動三角帶，以便對其松緊情況進行有效的調(diào)整，促進傳動損耗降低，以便確保在高度運行的情況下，能夠提高其運行效率，減少故障的發(fā)生。

1.3對進水管的角度進行改變，以便縮短長度?？梢栽谶M水管后面安裝垂直的彎頭，并對接2節(jié)1m的鑄鐵管，確保其與平面處于垂直狀態(tài)，以便確保進水管1.5m以上均淹沒起來，以便避免出現(xiàn)漩渦現(xiàn)象。并在最低水位的情況下，水泵也可以保持正常的運行狀態(tài)，可以有效的提高運行效率。

1.4合理應用變頻節(jié)能技術(shù)。水泵變頻器控制技術(shù)是目前最常用的節(jié)能改造技術(shù)，其主要是將工業(yè)上使用的交流電源頻率50Hz的交流電轉(zhuǎn)換為三相頻率和電壓可調(diào)的交流電，該種方式主要是利用改變交流電動機定子繞組供電頻率和改變電壓的方式，起到控制電動機轉(zhuǎn)速的作用，即為Variable Voltage and VariableFrequency （VVVF技術(shù)）。

2、變頻技術(shù)在泵站運行中的主要作用

由于天氣氣候及其他因素的影響，如每日降雨量不同，生活用水量也不同，而排水泵站主要是在一定時間內(nèi)，使水泵排出的水量需要比其所收集的水量要略大，因此給排水泵站造成了工作和運行上的困難。很多排水泵站在設(shè)計之初，為了能夠保障其自身的安全和不會受到外界環(huán)境的影響，而選擇采用較大的額定功率和揚程，以確保在遇到大水量時，或者前池低水位時，都能夠快速的將水排出。然而這樣的工作方式，會使泵站長期處在偏離最佳工作點的狀態(tài)中工作。如今很多城市都在對排水泵站進行變頻改造，有效提高了經(jīng)濟效益。

3、變頻技術(shù)在泵站運行中應用的節(jié)能原理

據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，水泵的軸功率=流體重度x流量x揚程/（1000水泵效率）。其中根據(jù)水泵調(diào)速原理，水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，水泵的揚程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，因此可以確定轉(zhuǎn)速變化也對水泵的軸功率產(chǎn)生影響。據(jù)相關(guān)研究分析，如果通過變頻調(diào)節(jié)，將水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至額定轉(zhuǎn)速的90%，則水泵的流量也會下降至額定流量的90%，然而此時水泵軸功率會下降至工頻狀態(tài)的72.9%，因此排水單耗也會下降至工頻狀態(tài)的81%。因此如果轉(zhuǎn)速繼續(xù)調(diào)節(jié)降低，如達到額定轉(zhuǎn)速的80%時，則此時排水單耗也會降低至工頻狀態(tài)的64%，起到節(jié)電率36%的作用。為了能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能效果，可以在設(shè)計揚程富余的情況下，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)整。

合理應用變頻自帶軟啟動功能，當電機處在加速中，應該通過提高頻率和電壓的方式，將啟動電流控制在額定電流1.2一1.5倍，因為在利用工頻電源進行啟動時，啟動電流會遠遠超過軟啟動的效果，因此需要利用變頻器實現(xiàn)軟啟動節(jié)能效果，起到減少電流對電網(wǎng)沖擊的作用，從而能夠節(jié)省電費，并改善啟動慣性沖擊，保護設(shè)備的安全。對于停泵時會出現(xiàn)的水錘效應，也可以通過變頻調(diào)速實現(xiàn)軟停止，減小甚至消除水錘作用。在我國排水泵站的建設(shè)中，可能會出現(xiàn)管道系統(tǒng)不完善的問題，這種情況下，會使排水需要流量達不到額定流量的標準，為了能夠改善這一情況，需要采用變頻調(diào)速的方式，進行流量的調(diào)節(jié)，從而還能夠有效防止水泵頻繁啟動。通過上述分析可以了解到，變頻技術(shù)能夠有效改善水泵的功能，延長系統(tǒng)的使用壽命。此外還可以通過動態(tài)調(diào)整節(jié)能以及提高功率因數(shù)實施節(jié)能。第一、動態(tài)調(diào)整節(jié)能是指變頻器能夠在適應負載變動的狀態(tài)下，供給最大效率電壓，其中對于變頻調(diào)速器，可以通過設(shè)置5000次/s，進行輸出功能的測量和控制，從而使其一直維持輸出高效率運行。另外變頻器在電極輸出力矩的狀態(tài)下，可以事先對V/F曲線的自動條件，從而起到減少輸入電流的作用，達到節(jié)能。第二、提高功率因數(shù)實施節(jié)能，當定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組通過電磁作用時，會產(chǎn)生力矩，而電動機在運行過程中，會因為吸收大量的無功功率出現(xiàn)功率因素極低的情況，因此可以通過變頻節(jié)能調(diào)速，實現(xiàn)提高功率因數(shù)，從而有效減少無功損耗。

4、變頻技術(shù)在泵站節(jié)能改造中的應用分析

結(jié)合某排水泵站，對變頻技術(shù)在泵站節(jié)能改造中的應用進行探討。目前電能是人們使用最普遍的能源，卻也是浪費比較嚴重的能源。其中在排水泵站運行中所產(chǎn)生的電能費用，是該行業(yè)中的重要支出費用。為了能夠符合我國現(xiàn)代化進程的發(fā)展，提高排水行業(yè)的經(jīng)濟效益，需要加強注重對變頻節(jié)能技術(shù)的應用，加強排水泵的改造，從而降低排水泵電能的消耗。

某排水泵站主要有7臺機組負責排漬，另外兩臺機組則一個用來給污水處理廠輸送污水，另外一個主要是備用。目前主要采用軟啟動器啟動，采用一拖一固定安裝方式。其中軟啟動主要采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，在使用軟啟動器進行工作時，其晶閘管的輸出電壓也會相應增加，指導晶閘管導通，則電動機實現(xiàn)平滑啟動。然而在實際使用過程中，軟啟動器存在故障問題多，維修困難等問題。同時機組工況工作單一，不能夠根據(jù)揚程的不同進行改變，從而消耗能耗較高。在該地區(qū)排水泵站的機組運用中，一般是采用3臺到4臺進行工作，為了能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降，需要進行對變頻器數(shù)量的合理配置，并讓所有的機組都能夠進行軟啟動和變頻工作。首先要注重對PLC的運用，將變頻器能夠通過一拖多的作用有效發(fā)揮出來，一般可以采用一拖三或一拖四的方式進行。如在利用一拖四進行工作時，當只需要一臺機組處在工作狀態(tài)中，則只需要變頻啟動，而如果需要多臺機組處在工作中，則變頻器首先需要啟動一臺機組，然后通過控制接觸器，實現(xiàn)轉(zhuǎn)換到工頻狀態(tài)中，然而再啟動第二臺機組，從而讓第二臺機組也能夠?qū)崿F(xiàn)變頻運行。另外需要注重利用前池、水位等，明確水泵的揚程，從而通過變頻調(diào)節(jié)的方式，實現(xiàn)機組高效運行和降低轉(zhuǎn)速，從而達到節(jié)能降耗的效果，并且還能夠起到良好的排漬效果。變頻器使用在排水泵站中，能夠有效滿足排水泵站當前的需求，還能夠促進其后期的發(fā)展。

結(jié)束語：

綜上所述，隨著城市化建設(shè)的快速推進以及工業(yè)化程度的不斷提高，使得能源需求日益增多，為了滿足能源需要，使能源得到充分利用，必須注重節(jié)能減排。其中電能作為如今應用最普遍的能源之一，對其進行合理節(jié)能具有關(guān)鍵。其中泵站設(shè)備年耗電量占據(jù)較大的比例，因此對泵站節(jié)能改造進行分析具有重要意義。而變頻技術(shù)在泵站節(jié)能改造中的應用，能夠有效實現(xiàn)節(jié)能效果，并且還能夠保障排水泵站機組的安全運行，因此需要加強變頻技術(shù)的推廣應用。

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