[摘 要] 本文介紹了變頻器和軟啟動(dòng)器在城市供水中應(yīng)用的優(yōu)越性和節(jié)約效果。
[關(guān)鍵詞] 變頻器 軟啟動(dòng)器 應(yīng)用 優(yōu)越性 節(jié)約效果
某山區(qū)小城，僅有日產(chǎn)1.5萬(wàn)噸自來(lái)水的小水廠，供該城市區(qū)10萬(wàn)居民的生活及城內(nèi)企業(yè)之用水，十分緊張。春夏季節(jié)繞城河里有水，居民可自行在河中取水和洗滌，一到秋冬季節(jié)，河道干涸，河床朝天，用水就成了大問(wèn)題。水廠只得實(shí)施定時(shí)放水：早上5:00 ~ 7:00，下午16:00 ~ 19:00，給水站前排起了長(zhǎng)龍，為了水曾發(fā)生斗毆，甚至于命案。為了解決居民用水問(wèn)題，市府立項(xiàng)“民心工程”——建一座日產(chǎn)10萬(wàn)噸自來(lái)水的水廠，深受市民歡迎。
此處僅討論與水廠水泵有關(guān)的變頻器和軟啟動(dòng)器的應(yīng)用情況，排除了自來(lái)水制造的工藝流程問(wèn)題。
水廠共三口取水井，廠內(nèi)一口，廠外二口；廠外二口取水井分別距水廠3km和5km，井深均為200m。三口井的日出水量分別為1.5萬(wàn)噸、4萬(wàn)噸和6萬(wàn)噸，所有水泵配備的電動(dòng)機(jī)均為籠型異步電動(dòng)機(jī)，其功率分別為75kw一臺(tái)、180kw二臺(tái)和320kw二臺(tái)。
水廠的成品水通過(guò)二泵房送至供水管網(wǎng)，二泵房共有五臺(tái)泵，均配備籠型異步電動(dòng)機(jī)，容量為180kw三臺(tái)，320kw二臺(tái)。
我們僅關(guān)心電器設(shè)備的控制及作用，并不計(jì)及城市供水管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。
由于這是一個(gè)新老結(jié)合的管網(wǎng)，它由新老二部分組成：新城區(qū)和省級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)是新管網(wǎng)，它采用壓力泵調(diào)節(jié)水壓的供水方式；老城區(qū)則為老管網(wǎng)，它采用高位水塔維持供水壓力的方式，并且還有二個(gè)標(biāo)高，1#蓄水池（水塔）標(biāo)高900m，給老城較高地區(qū)的居民區(qū)供水；2#蓄水池（水塔）標(biāo)高860m，給老城較低地區(qū)的居民供水。它們分別由1#泵站和2#泵站給其注水，分別距水廠2.8km和1.2km，所有水泵電動(dòng)機(jī)亦均為籠型異步電動(dòng)機(jī)。1#泵站的二臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)功率分別為55kw和90kw，2#泵站的二臺(tái)則為135kw和180kw。
水廠的其它電氣設(shè)備容量都較小，況且計(jì)量泵和攪拌泵都隨主機(jī)帶上了變頻器，故不予考慮。
軟啟動(dòng)器和變頻器特別適合于城市供水系統(tǒng)是基于以下三點(diǎn)：
首先，軟啟動(dòng)器和變頻器對(duì)提高供水系統(tǒng)技術(shù)性能指標(biāo)：在調(diào)壓式供水系統(tǒng)中，適當(dāng)分配軟啟動(dòng)器和變頻器的數(shù)量和功率，用軟啟動(dòng)器作為主要供水電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，用變頻器作為供水壓力的調(diào)節(jié)裝置。根據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)原理，我們把供水壓力U作為調(diào)節(jié)量，供水量作為擾動(dòng)量f構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，工作原理如圖1 。

此處對(duì)象就是水泵，當(dāng)供水系統(tǒng)的擾動(dòng)（供水量）f增大時(shí)，供水壓力U下降，給定值Ui與其差值DU增大，使水泵轉(zhuǎn)速提高，直至接近供水壓力U的給定值Ui。反之，當(dāng)擾動(dòng)量（供水量）f降低時(shí)，DU下降，使水泵轉(zhuǎn)速下降。這樣，不管系統(tǒng)供水流量大小如何變化，供水的壓力U始終維持在給定（壓力）值Ui的附近。
其次，使用軟啟動(dòng)器和變頻器可使水泵按系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟停止，這些可以避免突然啟動(dòng)對(duì)管網(wǎng)和閥門(mén)及其它供水設(shè)備的沖擊，同樣也可避免水泵突然停止時(shí)的水錘效應(yīng)，減少了供水設(shè)備的疲勞損壞和檢修工作量，延長(zhǎng)了使用壽命。
第三，使用軟啟動(dòng)器和變頻器可節(jié)約投資和電能，降低自來(lái)水生產(chǎn)成本。
節(jié)約電能降低生產(chǎn)成本是無(wú)人懷疑的，節(jié)約投資就不然了。實(shí)際的情況是：在電網(wǎng)上直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其容量不得大于電網(wǎng)容量的15 ~ 20%，選用軟啟動(dòng)器和變頻器后可把變壓器的容量下降至傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式時(shí)的40 ~ 50%。我們這次是這樣做的；1#取水井的變壓器由1600kvA降至800kvA；2#取水井的變壓器由1000kvA降至400kvA；1#泵站的變壓器由500kvA降至160kvA；2#泵站變壓器亦由1000kvA降至400kvA。加上水廠內(nèi)的1600kvA變壓器，整個(gè)供水系統(tǒng)的變壓器容量由原來(lái)的為5700kvA降至3360kvA，降低了變壓器容量2340kvA，節(jié)約設(shè)備投資30萬(wàn)元，基本電費(fèi)65萬(wàn)元，同時(shí)降低了搬運(yùn)和安裝費(fèi)15萬(wàn)元，線路架設(shè)費(fèi)10萬(wàn)元，共計(jì)節(jié)約120萬(wàn)元之多，彌補(bǔ)購(gòu)置變頻器和軟起動(dòng)器之差價(jià)還略有剩余。此外還減少無(wú)功補(bǔ)償容量3500kvaR，節(jié)約投資60萬(wàn)元有余。
節(jié)能有三個(gè)方面：一是軟啟動(dòng)器較傳統(tǒng)直接啟動(dòng)節(jié)約電能7 ~ 8%；二是變頻調(diào)速可取消檔板流量調(diào)節(jié)裝置，直接實(shí)施供水流量調(diào)節(jié)，可節(jié)電40 ~ 50%；三是采用變頻調(diào)速，實(shí)施調(diào)節(jié)水壓供水方式較高位水塔維持水壓供水的方式節(jié)能20 ~ 30%，因?yàn)樵诤笳吖┧绞街校呶凰兴膭?shì)能在使用時(shí)被白白地浪費(fèi)了。
鑒于變頻器的商業(yè)價(jià)格通常為軟啟動(dòng)器的3 ~ 4倍，因此必須堅(jiān)持慎重選用變頻器，以期物盡其用。我們選用的最終結(jié)果是：1#取水井75kw變頻器一臺(tái)；2#取水井180kw軟啟動(dòng)器二臺(tái)；3#取水井320kw軟啟動(dòng)器二臺(tái)；1#泵站55kw變頻器一臺(tái)、90kw軟啟動(dòng)器一臺(tái)；2#泵站135kw變頻器一臺(tái)、180kw軟啟動(dòng)器一臺(tái)；二泵房320kw變頻器一臺(tái)、320kw軟啟動(dòng)器一臺(tái)、180kw軟啟動(dòng)器三臺(tái)。一年運(yùn)行的節(jié)電效果如下：1#取水井節(jié)電22萬(wàn)千瓦時(shí)，2#取水井節(jié)電20萬(wàn)千瓦時(shí)，3#取水井節(jié)電35萬(wàn)千瓦時(shí)，1#泵站節(jié)電23萬(wàn)千瓦時(shí)，二泵房節(jié)電160萬(wàn)千瓦時(shí)，共計(jì)一年節(jié)電305萬(wàn)千瓦時(shí)，僅節(jié)電一項(xiàng)可使每噸水的生產(chǎn)成本下降0.1元，相當(dāng)于每年節(jié)約電費(fèi)365萬(wàn)元。
同時(shí)，供水的技術(shù)指標(biāo)有了大幅度的提高，供水壓力的波動(dòng)度降到±1.5Pa。可靠性提高到99.5%。