自來水廠水泵變頻器節能改造探討

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）

隨著技術的發展以及理論的完善，當前變頻技術也得到極大轉變，變頻器應用也越來越廣泛。在當前節能及質量要求不斷提升的背景下，變頻器的自動化及節能水平明顯提升。以自來水廠的水泵變頻器為例，對水泵變頻器節能原理進行了分析，對變頻器具體的節能改造工藝進行了探討，以供參考。

自來水廠；水泵變頻器；技能改造；運行轉速

自來水廠為居民生活用水提供保障，在自來水廠的實際生產中，需要借助水泵變頻器進行取水、送水等。在當前節能減排的要求下，自來水廠水泵變頻器除了保證取水及送水的流量外，還應滿足節能要求，進而促進自來水廠的可持續發展。

1 自來水廠水泵變頻器節能原理分析

自來水廠水泵特點在于負載轉矩同組轉速平方成正比，軸功率則與轉速立方成正比，具體的換算公式如下：

式（1）中：n0為水泵的額定轉速；n為運行轉速；Q0為在n0時的流量大小；H0為在n0時的揚程，H為在n時揚程大小；P0為n0的功率，P為n時的功率。

上述公式中，實際的泵負載往往存在高低差揚程問題，這需要在進行變頻調速時進行細致考量。且軸功率同樣需要進行相關考量，水泵的揚程越大，相同轉速下流量減少程度會提升，這樣使得轉速調節范圍比較小，節能效果也會下降。為了達到節能的目的，可以對閥門控制及轉速控制節能效果進行對比，相比之下，變頻調速、軸功率轉速與實際揚程有較大變化，且實際揚程小，軸功率也就逐漸可以接近理想的立方關系曲線，這樣使得轉速調節比閥門調節的節能作用更突出。

自來水廠水泵因為需要隨時為供水系統補充水，但受不同的季節及時段用水量較大差異的影響，用水量差異會使得供水系統水流量補充造成影響。為了對水流量及供水壓力進行控制，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行操作，操作比較煩瑣，且還會產生較多機械損耗，這樣會使得維修及控制成本上升。如果應用變頻器進行流量及壓力控制，則可以依照流量補充所需對電機的速度進行控制，從而保證控制的有效性，又能夠實現電機節能。

2 自來水廠水泵變頻器節能改造工藝

2.1 基本工藝要求

為了滿足節能以及供水的要求，要求自來水廠的供水系統滿足以下幾個基本的工藝要求：①滿足實際節能的相關要求，變頻器的價格便宜；②水泵能夠持續高效運轉；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換；④水泵變頻器應該具備自動啟動功能，主要是為了應對自來水廠出現瞬時停電的情況。

2.2 水泵變頻器集成工藝

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

系統功能的實現：三臺水泵均要具備調速以及定速的功能，這樣為主副機交換工作提供幫助，在實際運行過程中，變頻器只能夠控制一臺水泵。所以，為了保證主副機轉換的順利進行，水泵可以采取相互聯鎖的形式來實現邏輯電力控制，這樣在實際中就可以自由轉換水泵，實現水泵的變頻控制。自來水供水系統具體運作時，兩臺水泵采取工頻供電的方式進行正常工作，一臺水泵連接變頻器，當水泵從變頻控制轉變為工頻控制，要保證電機維持5 s的定速運行，之后接觸器方可合閘，這樣主要避免過電壓對電機造成影響。為了滿足實際生產需求，電機控制、保護以及檢測單元通常集中在某一個控制柜當中。

2.3 水泵變頻器接線

在水泵運行過程中，主要以管壓進行定量控制，不同管壓下水泵的運行有一定的差異。如果管壓大于0.8，則水泵中的一臺電機為定速運行，另一臺為變速運行，留下一臺作為備用電機；管壓小于0.64，只需一臺電機做變速或者定速運行，兩臺作為備用電機；而管壓小于0.52，僅僅只需一臺電機進行變速運行，其余兩臺為備用，如何確定電機運行工況主要根據流量-壓力傳感器進行分析，通過函數發生器轉變成控制信號，啟動相應的電機或者閥門。

2.4 變頻器接線

變頻器電源側連接與電機的具體轉向并沒有聯系，電機的轉向主要受控制器聯系。連接過程中，需要特別注意的問題是要明確電源端及電機端方向一致，如果連接方向相反，則會對變頻器的運作造成巨大影響；在變頻器控制柜上，安裝了多個功能電表，電表的主要作用是對電機運行情況進行落實，對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，這主要保證水泵運行中能夠依據壓力大小切換到合適的流量。在變頻器中還需要裝設DK電抗線圈對控制系統功率參數進行控制；同時，為了及時發現突發情況，變頻器內部需設有報警器，出現突發情況可通過報警器提示；三臺電機應該都安裝了獨立的過載保護，避免電機過載運作，進而引起電路損壞。

3 自來水廠水泵變頻器的節能效果

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

4 結束語

綜上所述，在自來水廠的實際生產中，應用水泵變頻器能夠收獲良好的節能效果，同時，對自來水廠的安全生產也有重要的意義。因此，實際的工作中，應該充分結合自來水廠的實際要求，從變頻節能方向出發進一步優化水泵的技能效果，在保證水壓穩定的同時，使得水廠實現節能降耗，保證自來水廠的安全生產，進而促進自來水廠的可持續發展。

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［2］唐紅霞.基于自來水廠機泵設備節能降耗的措施的探討［J］.江西建材，2015，25（01）.

［3］夏季.電機水泵節能降耗的應用方案［J］.科技創新與應用，2012，16（23）.

［4］陶維綱.高壓變頻器在合肥供水集團公司應用及節能效果［J］.中國建設信息（水工業市場），2010，7（11）.

〔編輯：張思楠〕

TM921.51

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.112

2095－6835（2017）23－0112－02