變頻恒壓供水在農村飲水安全工程中應用的調查

何敬悅

（天津市寧河水務局開關廠，天津 301500）

在國家飲水安全政策的鼓勵下，通過水務人員及社會各界共同努力，廣大農村都飲上了放心水，真是一件造福民眾的喜事。其中恒壓供水是這次民心工程的一個重要環節。

1 壓供水設備工作原理

壓供水設備是一種自動保持水管內水壓的裝置。送水管道安裝一個壓力變送器，能夠知道當前管道內的水壓，并把當前的水壓值傳遞給控制裝置即恒壓供水模糊控制器。當用水量變大的時候，水壓減小，恒壓供水模糊控制裝置得到水壓在減小的信號，于是恒壓供水模糊控制裝置會進行負反饋控制，提高水泵的轉速來，增大供水流量，提升水壓。同樣當用水量減小的時候，恒壓供水模糊控制裝置會降低水泵的轉速來減少供水量從而減小水壓。這樣，就能基本保持水壓恒定。一般情況下，水泵的電動機由變頻調速器供電，以得到很好的調速性能。變頻器執行控制離地表的下近百米的大功率潛水泵的轉速及力矩，使從地下水源源不斷穩定流出，恒壓送到各戶。

筆者對幾十個村進行調查，現在村里供水都是定時給水。供水時間少的每天半小時，多的每天3小時，老百姓還是每家都用水箱水缸來儲水，這樣在夏天也會有大腸桿菌等有害菌滋生，飲水安全及衛生問題不能完全解決。

2 農村不持續供水原因

不能實現二十四小時供水和避免老百姓因用容器儲水不當而出現水質最終被污染危險的安全問題。究其原因和危害如下：

（1）由于水要從近百米的地下提起并且保證維持一定壓力。首先變頻器要輸出維持揚程的能量，再維持地面以上的壓力的能量。克服百米揚程要做功，這部分消耗的電流是額定電流的30%-50%，如果泵選小克服揚程輸出功甚至可達到50%-70%，數據可從控制柜儀表讀出。造成24小時供水費用較多，對于農村還是很大負擔。

（2）農村有農田菜園，使用地下飲用水澆房前屋后菜園的也是一大部分消耗。在春夏之季常常出現送水管道壓力供不上就是這個原因。

（3）少數專業人員維護監管跑冒滴漏，不能像城鎮供水那樣得到及時維護修善。有家養豬的農戶用水沖豬舍糞池沒關閥門有事走了，等停水了由于止逆閥早壞了，產生倒吸把豬糞水吸進飲用水管，造成嚴重水污染，如果是化工原料池就不堪設想了。

（4）無論何種形式的變頻器，在頻繁的加速和減速過程中造成電機使用壽命縮短。因為變頻器運行中均產生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行。目前普遍使用的正弦波PWM型變頻器為例，其低次諧波基本為零，剩下的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量為：2u+1（u為調制比）。 高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉子銅（鋁）耗。由于異步電動機是以接近于基波頻率所對應的同步轉速旋轉的，因此，高次諧波電壓以較大的轉差切割轉子導條后，便會產生很大的轉子損耗。除此之外，還因集膚效應所產生的附加銅耗。這些損耗都會使電動機額外發熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動機運行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加10%~20%。 變頻器控制的潛水泵極易出現泵軸彎曲等現象。

（5）因個別井口的部分略高于地面在汛期地表水漫過井口會進入地下，造成水污染。管理不善就會造成嚴重飲水安全的問題。

（6）為飲水安全，水泵直接從地下把水抽到地面的各家各戶，由于抽取的是沙層里的水，難免將井沙和水一起供到各戶，這樣每家就得準備水缸或水箱去沉淀沙子。這樣飲水安全又得不到很好的保障。

3 解決節能和更好利用水源問題的關鍵

以上現象分析可知，從先進設備、先進技術運用是解決節能和更好利用水源問題的關鍵。只有將這兩個問題解決才能真正實現節能環保，充分利用好國家推行的飲水安全活動，通過研究解決建議有幾點：

（1）在每戶安裝水表收取相關費用，使得廣大人民有節水意識，至少房前屋后菜園不會澆夠了水還開著閥門浪費水。夏天很多村子供水壓力低的問題就不易發生。不再出現距離遠的居民接不到水，近處居民澆園子，使村民關系融洽，和諧。

（2）采用一種全自動恒壓節能供水裝置，包括控制潛水泵啟動或關閉的PLC控制器、變頻器和壓力模糊控制器，儲存水的壓力罐，罐體結構采用渦流除沙技術結構，壓力罐通過輸水管道連接潛水泵，連接壓力罐與潛水泵的輸水管道上設有電動閥門和單向閥，壓力罐的頂部設有壓力表盒排氣管，壓力罐的底部設有排沙管，設置在壓力罐側壁的出水管，以及設置在壓力罐內的液位計和上限位開關。該供水裝置還包括壓力補給裝置，所述壓力補給裝置連接壓力罐。用封閉壓力水罐設備，當潛水泵供水同時將儲水壓力罐儲滿，根據壓力儲水罐容積分析結果，設定壓力容積壓力。通過壓力補給裝置補充壓力罐內的壓力，省去潛水泵為提高壓力而做的功，因此比現有的變頻恒壓供水裝置更加節能耐用，大大降低了因變頻維持出口壓力而造成的由井底到井口這段輸出時間，比常規變頻恒壓供水節能達10%~30%，而且比壓力罐式的恒壓供水更加穩定。在非供水高峰期時間控制停泵避免因維持百米揚程所消耗的30~50%之間的多余電量即費用。

假設一臺30kW潛水泵，全天耗能等于高峰3小時即30×3=90kW·h電量加上21小時因維持壓力而產生的 （30%~50%）×30×21=（200~300kW·h）電量。全天約合 290~390kW·h，折合農業用電費（290~390）×0.76=（220~296）元。 即實現 24 小時供水每天耗電290kW·h以上。而利用壓力罐水罐在供水3小時內以供儲液罐，其它21小時則利用罐內空氣增壓裝置不斷向儲液罐內膽充氣（氣體和水通過內膽完全隔離的）保證罐的出水口有一定壓力，當儲液罐液位低于下限值變頻啟動潛水泵上水保證消防或其它額外用水。其中儲液罐供氣裝置3kW空氣壓縮機假定21小時無間斷供氣約3×21=63kW·h，折合農業電 63×0.76=47.88 元。 每天可費用（3×30+63）×0.76=116元，比全天變頻供水節約100-180元。全年節約36500~65700元，而壓力儲液罐系統成本約4萬~6萬元，在一年內收回成本，儲液罐使用壽命約6~10年，老百姓得到真正實惠。

（3）在飲水安全節能設備上不斷完善。例如變頻器自身使用各有利弊，有的部位可以利用電動機對基波頻率很好的適應性，發揮老設備的優點作為提升水的啟動設備如自耦減壓設備代替變頻器。地表功率小的部分采用變頻器這樣電動機更延年。

（4）鼓勵農村使用地表水，因為我國水資源畢竟很缺乏從而減少地下水的開采，減少因水井管理不善而使地下水層污染的概率。在充分發揮政府或水務系統職責部門的能力，進行宣傳，政策扶持鼓勵相應的工程的建設。目前全國部分城市已建立了地表水處理使用的水廠河道，著名的工程比如南水北調等。

（5）及時推廣更節能更環保更安全的供水技術。我國水資源分布各異，各個區域因地制宜，利用現代化的科學理念和技術服務于老百姓。我們相信在大家共同努力下愿我們的大家園建設越來越好。