變頻調速裝置在南段雙塔泵站的應用

閻秋霞 劉先念 張通觀

(遼寧省水利水電勘測設計研究院 沈陽 110006) (大連市供水有限公司 116021)

變頻調速裝置在南段雙塔泵站的應用

閻秋霞 劉先念 張通觀

(遼寧省水利水電勘測設計研究院 沈陽 110006) (大連市供水有限公司 116021)

大中型長距離引水工程中的泵站因受水源水庫水位及調水流量變化的影響，泵站揚程變幅往往較大，滿足水庫死水位條件下調最大流量而選用的恒速泵，在經常運行水位下的低揚程運行工況效率相對較低或無法運行，需要調整閥門開度增加損失運行，此種情況增設變頻裝置是較優的節能方案。本文介紹雙塔泵站變頻裝置與其他節能方案比選以及變頻臺數比選情況。實際試運行證明：其節能效益與理論計算相符，節能效益顯著。

恒速泵 變頻調速泵 變頻裝置

大伙房水庫輸水應急入連的南段工程是從碧流河水庫取水，經頭部雙塔加壓泵站和樂甲中間加壓泵站加壓后送入東風水庫的高位水池再自流進入市區的凈水廠。位于頭部的雙塔加壓泵站其任務是將碧流河的水加壓送到花房溝隧洞進口，平時能夠保證該工程平均流量(23.32萬m3/d)、最大流量(30.31萬m3/d)的供水需要，在引碧入連暗渠工程供水事故時，能提供57.5萬m3/d的事故備用水。雙塔泵站從碧流河水庫取水，水庫死水位為47m，正常高水位為69 m，運行水位變化較大。

碧流河水庫各運行水位頻率見表1。根據碧流河運行水位及水庫至花房溝隧洞進口的管路水力損失，確定各供水流量下的水泵所需揚程，見表2。

表1 碧流河水庫運行水位頻率

表2 泵站流量、揚程參數

以上運行條件致使該泵站具有流量大、揚程高、揚程變幅大的特點，為使水泵在各工況下都能高效、安全運行，水泵選擇應考慮以下三種方案：?變頻調速;?利用水泵出口閥門節流;?更換葉輪。根據以上三種措施擬定以下三個比較方案：

a.方案1：變頻調速方案。5臺 SM501—640—640臥式雙吸離心泵，2臺變頻裝置。事故時，全部恒速運行，平均流量供水，2臺工作，最大流量供水，3臺工作，2臺備用。

b.方案2：大小泵組合水泵出口閥門節流方案。2臺 SM502—720—655大泵，4臺 SM501—640—600型小泵。事故時全部工作，平均流量供水，2臺工作，最大流量供水，3臺工作。

c.方案3：更換轉輪方案。2臺 SM502—720—655大 泵，4臺 SM501—640—575型 小 泵，2個SM501—640—600更換轉輪。事故時全部工作，平均流量供水，2臺工作，最大流量供水，3臺工作。死水位和事故時均需更換葉輪。三個比較方案的經濟指標比較見表3。

表3 三方案的經濟比較

三方案比較優缺點如下：

a.變頻調速方案缺點是變頻設備投資高。優點為：運行最為靈活;可以手動或自動連續調節;水泵降速運行后，大部分工況運行在高效區，并可以充分利用水庫水能，節約電能。從表4可以看出，與其他方案比較年耗電最少，年運行電費比其他方案少200萬元以上，總現值最少，為最經濟方案。

b.大小泵組合水泵出口閥門節流方案優點是設備投資最少。缺點是流量通過水泵出口閥門調節，流量調節較為困難，并不能連續調節;年耗電量最多，總現值最大，為最不經濟方案。

c.換葉輪方案設備投資較少。通過更換葉輪，可以利用一部分水庫水能，提高部分運行工況的效率。但由于水庫水位變幅大，更換葉輪，也不能保證各揚程下均能運行，部分揚程仍需通過閥門節流滿足運行，因此其耗電量仍較高，總現值比變頻方案大，經濟指標也較差。

通過以上比較，對于從變幅較大的水庫取水的中型加壓泵站，采用變頻裝置，不但運行靈活，而且節能效果顯著，經濟優勢明顯。因此該工程采用變頻調速方案。

采用變頻調速裝置，使水泵變速運行，適應于不同的運行工況，達到節能效果，變頻裝置多，運行靈活性高，但投資大，因此采用幾臺變頻裝置更為合理，應通過經濟比較確定。事故工況出現幾率低，對泵站的經濟運行影響小，因此變頻數量的比選不考慮事故工況，只對正常運行工況進行比較。根據正常運行工況的供水流量、揚程參數及水泵運行特性曲線，分別對1臺、2臺、3臺變頻方案進行技術參數、年電費及投資估算。各方案的運行工況技術參數見表4。

續表

從變頻數量經濟比較(見表5)可以看出，變頻裝置越多，工程投資越多，年耗電量越少。1臺增為2臺，電費減少較多，而2臺增到3臺，電費遞減幅度降低，僅比3臺少28萬元，因此2臺變頻裝置總費用現值最小，為最經濟方案，最終雙塔泵站采用2臺方案。

表5 變頻數量經濟比較

雙塔泵站已建設完成并于2010年6月進行了試運行。對運行工況進行參數測定，根據測定值判斷運行參數基本與計算值相符合，水泵降速運行效率與相似工況計算值也基本一致。

結論：通過對雙塔泵站變頻方案的技術經濟分析以及實際運行實測數據驗證，在類似雙塔泵站這種揚程、流量變幅較大的泵站采用變頻調速裝置其節能效果是顯著的。特別最近幾年，隨著電子產品的快速發展，變頻裝置的產品質量得到很大提高的同時，價位卻大幅滑落，不再是高價產品，其經濟效益更為可觀，應在類似工程中推薦采用。但變頻裝置本身也是有電能損耗的，因此在工程中是否采用，應經過經濟分析論證后確定。