探究低壓變頻技術在水廠節(jié)能方面的應用

吳萬森

摘要：近幾年，我國大力推行節(jié)能減排的政策，水廠作為耗能大戶，也成為了節(jié)能的實驗對象。在所有行業(yè)中，水廠的耗電量可占總耗電量的75%～85%，可見，減少水廠的耗能是非常必要的。本文主要闡述了近年來國內水廠對節(jié)能的研究狀況，并以公司某某水廠為例，分析了低壓變頻技術在水廠利用的利與弊，探求更有效的節(jié)能方法。

關鍵詞：節(jié)能減排；低壓變頻；技術

引言：作為一個能源大國，我國雖然富含豐富的資源，但仍舊面臨著能源枯竭的嚴峻挑戰(zhàn)。電廠、水廠等作為民眾不可或缺的一部分。其中水廠的水泵電動機的耗電量是整個水廠供水系統(tǒng)耗電的主要組成部分，水泵電動機的電費占總電費的95%左右。因此，在能源緊缺的今天，對于水廠來說，如何改善水泵電動機的耗電量、提高運作效率才是廣大水廠提高經濟效益的關鍵。

1、水廠用電情況

在水廠中，取水泵和配水泵成為耗能最大的兩部分。根據相關水廠反應，除了取水頭、反應池、沉淀池、消毒間、加藥間和管道等設備耗電量低，原水泵房、濾池（內有電機與水泵）、清水泵房、自控設備等設備耗電量較大，可見若要控制能耗，重點應放在泵房。圖一為水廠水處理系統(tǒng)的流程圖。

圖一

2、節(jié)能方法

2.1變頻器節(jié)能

變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風機、水泵的應用上。當電機不能滿負荷下運行時，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。風機、泵類等設備傳統(tǒng)的調速方法是通過調節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調節(jié)給風量和給水量，其輸出功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。

2.2功率因數補償節(jié)能

無功率不但增加線損和設備的發(fā)熱，更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。

2.3軟啟動節(jié)能

電機硬啟動對電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大量電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，而利用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命。

3、低壓變頻器的技術原理

調速就是在同伊 負載下能得到不同的轉速，以滿足生產過程中的要求。在討論變頻器調速時，首先研究公式：n=（1-s）n0=（1-s）60f1/p（1），其中：n為電動機的轉速，n0為電動機的同步轉速，s為電動機的轉差率，p為電動機繞組的極對數，通過上述公式表明，改變電動機的轉速由三種可能：

A.變極調速

B.變頻調速

C.變轉差率調速

圖二為水廠變頻控制系統(tǒng)。

圖二

4、應用實例

某某水廠，在我公司起著不可或缺的作用。其耗電量主要是消耗在水泵上，而耗電量直接影響到公司的經濟效益，為了保障公司的利益，公司就規(guī)定了水泵的最高耗電量。該公司采用了低壓變頻技術進行試驗，將耗電量與使用低壓變頻技術之前進行比對，觀察該技術的是否會有降低耗電量的成效。

某水廠泵房共安裝了四個水泵，其詳細情況見表一。

項目

名稱 流量（m3/h） 額定電流（A） 轉速（r/min）

電機一（132kw/0.38kV） 486 237 1486

電機二（132kw/0.38kV） 486 237 1486

電機三（132kw/0.38kV） 486 237 1486

電機四（132kw/0.38kV） 486 237 1486

電機五（55kw/0.38kV） 162 110 1486

電機六（55kw/0.38kV） 162 110 1486

表一

根據時間段的不同，可從一天中分出早高峰、午高峰、晚高峰三個用水高峰期。為了減少耗電量，水廠一般會在高峰期使用兩臺水泵，且均為132kw的水泵，若在用水低潮時，一般只使用兩臺55kw的水泵。選用的水泵要在額定電壓內，保證水的正常供應。現(xiàn)將每臺水泵都安裝一個低壓變頻器，以其中的電機一為例，觀察在使用低壓變頻技術前后耗電量的情況。各時間段在使用低壓變頻技術的用水耗電量比較見表二。

項目

名稱 使用時間（h） 耗電量（kwh）

安裝低壓變頻器前 24 6845

安裝低壓變頻器后 24 4528

表二

根據公式，可計算電機一的節(jié)電率：（6845-4528）/6845×100%=33.85%，可知，電機一在使用低壓變頻器后，節(jié)電率明顯提高。

5、低壓變頻器的使用問題

在使用變頻器的過程中，有時會出現(xiàn)各種各樣的問題。其中一般可分為兩類：一種是在運行中頻繁出現(xiàn)的自動停機現(xiàn)象，并伴隨著一定的故障顯示代碼，其處理措施可根據隨機說明書上提供的指導方法，進行處理和解決。這類故障一般是由于變頻器運行參數設定不合適，或外部工況、條件不滿足變頻器使用要求所產生的一種保護動作現(xiàn)象；另一類是由于使用環(huán)境惡劣，高溫、導電粉塵引起的短路、潮濕引起的絕緣降低或擊穿等突發(fā)故障。具體表現(xiàn)為：

5.1主控電路故障

主要包括主板，電源板，逆變器，濾波電容等主控電路損壞。

5.2冷卻直流風扇故障

風扇屬于易損件，工作壽命在2～5年，但是因為變頻器種類繁多，功率大小不同所以內部直流風扇額定電流不同而不通用，部分風扇損壞后因為缺乏備件無法及時更換。

5.3外圍控制器件故障

變頻柜內變頻器本身無故障，但外部控制電路系統(tǒng)發(fā)生故障。由于使用年限較長，且控制電路又比較復雜，既沒有電路圖，又沒有線號，線路多而且復雜，給維修造成不便。

5.4散熱不良

變頻柜設計不合理，內部過于狹窄，散熱通風效果差，導致散熱不良。部分變頻器工作環(huán)境比較惡劣，風塵及沙土集聚較多，嚴重影響了變頻器的正常運行，甚至造成停機故障。變頻柜 散熱導流風扇屬于易損件，壽命一般在2年左右。

6、結論

隨著時代的發(fā)展，各種工廠與居民的用水量急劇增大，各個水廠的耗電量也升高。為了提高各水廠的效益，如何減少耗電量是關鍵中的關鍵。由于低壓變頻技術的廣泛利用，低壓變頻器也成為了各個水廠的節(jié)能選擇。其有投入少、占地面積小、操作簡便等優(yōu)點，且經過以上對低壓變頻器的節(jié)能研究，可見，其節(jié)能功效也是不容小覷，值得各個水廠廣泛使用。

參考文獻：

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