水廠水泵變頻調速技改方案及節能效益分析

許星輝

（湘鄉市供水管理處 湖南 湘鄉 411400）

0 引言

水泵是水廠供水系統中的核心部分，它運行的安全性和可靠性都會在很大程度上影響到水廠供水服務質量，進而對水廠運營的經濟效益帶來很大的影響。在水廠的供水系統中，水泵是消耗較多的一個環節，所以，水泵所需要的投資成本相對來說比較高。而要想在有效控制水泵投資成本的同時，準確掌握管網壓力，有效的調整水泵出口節流閥開度，并完成水量調節等工作，水廠就需要采取合理的措施，對變頻調速技能進行改造升級，進而提高水廠供水的安全性和可靠性，實現節能降耗的目標。

1 水泵變頻調速的必要性

一般來說，供水系統的供水量會受到外界各方面因素的影響而發生一定變化，而且是極不均衡的。通常情況下，水廠主要是根據最高用水量來選擇符合需求和規定能力的供水水泵；在水泵揚程的選擇方面，水廠需考慮管網能量與水泵凈揚程之和，然后再做出合理的選擇，而且，水廠需要采取科學的手段，保障水泵運行中的最高揚程。另外，水量的預測具有不準確性，而要想確保水泵運行的安全性和可靠性，水廠所選擇的水泵流量及其揚程都會有一定的富余量，而且富余量也是不相同的。除此之外，從建成供水系統，到供水系統能力到達規定要求，這需要一個過渡期，而這個過渡期的時長取決于供水系統的設計規模，而且其他各方面的因素的影響也會對過渡期時長帶來一定影響。總之，水廠水泵實際運行的工況點往往會偏移高效區。所以，水廠需要安排人員對其運行工況點進行控制，必要時需要做出改變，進而更好的適應水泵管網中流量和壓力的變化，進一步提高水廠供水服務效率。

2 水泵調速技術的優越性分析

就目前而言，我國水廠生產以及大部分工業生產企業中，水泵變頻調速技術已經得到了廣泛的應用，而且也為企業贏得了可觀的經濟效益和社會效益。在多年的運行和使用過程中，水廠和相關技術人員也總結和積累了豐富的水泵運行經驗，進而實現了節能的目標。水廠現階段使用的水泵變頻調速技術不僅可以確保設備機組運行的穩定性和安全性，而且其操作也變得更加簡單，這樣以來，相關人員的管控工作也會變得更加便捷，效率也會有所提高。近幾年來，在計算技術的推動下，我國大部分水廠水泵變頻調速系統已經實現了自動化管理，這不僅有效的提高了水廠供水服務質量，而且也增加了水廠的經濟效益。另外，水泵調速技術有效的實現了節能減排的目標。隨著水泵變速技術的進一步普及，水廠生產的能耗不斷降低，但水泵的應用仍需要比較多的電力設備等，這就需要水廠投入大量的成本，要想獲得長遠的經濟效益和社會效益，水廠仍需要對水泵調速技術進行改造。

3 影響水泵變頻調速節能效果的主要因素

在改造水泵變頻調速技術的過程中，其節能效果往往會受到多個方面因素的影響。首先，水泵的最佳運行狀況，也就是水泵效率較高的狀態是水泵運行工況點沿管路特性曲線變化時，而這時的管路的壓力相對來說比較合理。但在實際運行過程中，水泵的變頻調速無法保障其運行工況始終處于合格標準或者高效區內。而如果水泵電機出現輸出功率過度偏移的問題，電機效率就會受到很大的影響，快速下降，同時，如果水泵電機工作頻率過低，電機的效率也會受到很大的影響，這也就無法實現節能的目的。所以，水泵調速范圍過大會在很大程度上影響到水泵電機及其自身的效率，進而導致水泵變頻調速技能效果不佳。

其次，多臺水泵并聯供水系統是我國各地水廠比較常見的，而且這種供水系統聯合了調速泵和定速泵進行供水。但在實際運行過程中，由于定速泵的因素，調速泵的調速范圍會受到很大影響。而隨著水泵的不斷運行，變頻泵調速范圍最大的情況是其工況點在水泵高效區最右端；而工頻泵調速范圍最大的情況是工況點若最左端。由于同型號水泵的調速和定速的要求完全相反，供水系統中多臺水泵并列運行會在很大程度上影響到定速泵的效率。

另外，在應用水泵變頻調速技術的過程中，水廠通常會采用兩種流量供水方式，分別是恒壓和變壓。一般來說，變壓供水的工況點會發生一定的移動情況。但使用這兩種供水方式進行供水時，恒壓供水沒有考慮到能耗的問題，所以，恒壓供水方式的經濟性相對來說比較差。因此，調速供水方式的不同會對節能效果帶來很大的影響。

4 水泵調速運行情況分析

為了更好的確保水泵在長期運行中處于高效工況區，水廠往往需要根據具體的情況而采取不同的調節方式，進而改變水泵運行的工況點，這樣一來，水廠僅以實現水泵運行的節能目的。假設水泵在額定運轉速度條件下運行時，其揚程特性和管阻特性交點就是水泵額定運轉的工況點，而此時的水泵電機的運轉速度一直是額定全速的。根據水廠供水系統的需求和要求，當水泵的流量需要進行調節時，一般有兩種調節方式，分別是調整水泵出口節流閥開度和變頻調速。首先，在采用調整水泵出口節流閥開度進行流量調節時，其轉速一直處于額定轉速，而且水泵揚程特性的變化非常小。所以，通過調整水泵出口節流閥開度可以實現水泵流量的動態調節，而且管阻特性和水泵工況點，及其軸功率的變化都比較小。另外，與節流閥調節原理剛好相反，變頻調速不僅可以保持原管阻特性，而且可以改變電機轉速及其揚程特性，這樣對實現水泵流量的動態調節有一定推動作用。總的來說，對大功率水泵進行變頻調速技改和生積，不僅可以維持管網系統的現狀，而且水泵轉速也可以得到很好的控制，進而使水廠實現節能降耗的目標。

5 水泵變頻調速技改方案分析

我國不同地區的水廠用戶類型比較多，而且各方面的用水量比較多，所以，水廠供水管網相對來說比較復雜，水流量和水壓波動都比較大。雖然水廠常用的節流閥調節等方案能夠有效的確保水泵調速的可靠性和節能經濟性，但已經無法滿足現在水廠精細化調節和高質量供水服務的需求。所以，某水廠結合其工程特性，為了滿足供水高峰和低谷期間多臺水泵輪流工作，并實現多臺水泵的協調運行。該水廠在改造調速技術中，采用了“一拖三”的變頻調速方案，選用的是“HD-3000 型”水泵循環變頻調速系統，和1 面3 泵循環控制柜。在水泵變頻調速控制系統中，水廠相關工作人員在供水控制器中輸入了管網預設壓力值，并采集了壓力信號間的差值，再經過運算得出頻率差值，然后合理的改變水泵電機的轉速，進一步實現水泵揚程特性的平穩過渡。

6 水泵變頻調速技改的節能效益分析

經過對水泵變頻調速技術進行升級和改造之后，水泵運行中節能效益的效果還是十分明顯的。在節能降耗方面，水泵配水能耗和綜合配水能耗都在不斷降低。一般來說，4-9 月是用水高峰期，多臺水泵在長時間運行之后會導致能耗不斷增加，但經過技術改造之后，用水高峰期的能耗相比以前有所減少，水廠整體節能降耗的效果也不斷提高。節電方面，在同一供水時段，改造后的水泵運行電流和出口壓力以及頻率等都有所降低，而且水廠水泵運行的條件也得到了明顯的改善。在供水服務質量方面，通過對水泵變頻調速技術的改造，管網壓力恒定以及供水服務的質量都有所提高，而且，水廠也有效的避免了突發性爆管事故的發生，進一步提高了水廠供水的安全性和可靠性。

7 結束語

結合技術改造之后的運行效果，我們可以看出，水泵變頻調速不僅可以更好地滿足企業日常生產工藝的具體需求，而且可以有效的解決水廠水泵運行效率較低，運行消耗高等一系列問題。同時，通過改造水泵變頻調速技術，水廠及相關行業不僅可以實現電動機的軟啟動，而且也可以使水泵機組運行的安全性和穩定性得到充分的保障，進而降低了設備及相關附近的維修費用，從而給水廠帶來更高的經濟效益。因此，對水廠水泵變頻調速技術進行改造是很有必要的，這不僅符合國家節能減排的政策，而且也對企業的進一步發展起到了推動作用。