微能變頻器恒壓供水上的應(yīng)用

清水泵站是凈化水場(chǎng)的重要組成部分。它保證居民區(qū)生活用水有足夠的水量與水壓，同時(shí)它也是在水場(chǎng)中耗能較大的設(shè)備。由于水泵的選型時(shí)是按最不利條件下、最大時(shí)流量及相應(yīng)揚(yáng)程設(shè)計(jì)的。而在實(shí)際運(yùn)行中，由于季節(jié)、溫度和晝夜的變化，水泵多為低負(fù)荷工作，以前靠泵出口閥門(mén)開(kāi)度大小來(lái)調(diào)節(jié)水量與水壓，其能量耗損很大。為此，該廠在生活水場(chǎng)清水泵上采用了閉環(huán)控制變頻調(diào)速技術(shù)，達(dá)到了節(jié)能和穩(wěn)定運(yùn)行的目的。
一、水泵調(diào)速的節(jié)能原理
在實(shí)際生活中，用水量是時(shí)刻變化的，為了適應(yīng)水量的變化，以往多采用調(diào)節(jié)泵出口閥門(mén)定時(shí)去控制泵出口壓力在某一規(guī)定值上，這必然造成生活區(qū)用水時(shí)有超壓或欠壓現(xiàn)象。水泵機(jī)組應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，即通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子電源頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可以相應(yīng)地改變水泵轉(zhuǎn)速及工況，使其流量與揚(yáng)程適應(yīng)管網(wǎng)用水量的變化，保持管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力恒定，達(dá)到了節(jié)能效果。根據(jù)這一原理，在應(yīng)用中選擇供水管網(wǎng)最不利點(diǎn)允許的最低壓力為控制參數(shù)，通過(guò)壓力傳感器以獲得壓力信號(hào)，組成閉環(huán)壓力自控調(diào)速系統(tǒng)，以使水泵的轉(zhuǎn)速保持與調(diào)速裝置所設(shè)定的控制壓力相匹配，使調(diào)速技術(shù)和自控技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到最佳的節(jié)能效果。此外，最不利點(diǎn)的控制壓力還保證了用戶水壓的穩(wěn)定，無(wú)論管路特性曲線等因素發(fā)生什么變化，最不利點(diǎn)的水壓是恒定的。保證了居民用水壓力的可靠。
二、系統(tǒng)的組成
該廠凈化水廠設(shè)計(jì)2臺(tái)生活供水泵，其電機(jī)功率為185kw，采用微能變頻器。由于生活區(qū)用水時(shí)刻變化，高峰期用水量可達(dá)到1200~1400t/h,而夜間最低峰用水量只有400t/h左右。此變頻調(diào)速控制系統(tǒng)包括水泵、電機(jī)、時(shí)代變頻器（內(nèi)置PID）、變送器等，調(diào)節(jié)手段采用管網(wǎng)最不利點(diǎn)定壓控制，壓力變送器將信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜送到時(shí)代變頻器，同時(shí)控制2臺(tái)電動(dòng)機(jī)的頻率，保證管網(wǎng)最不利點(diǎn)的壓力恒定，調(diào)速后的揚(yáng)程與管路阻力特性曲線相吻合，獲得最佳的節(jié)能效果。變頻器頻率的設(shè)定，既可手動(dòng)設(shè)定也可根據(jù)管網(wǎng)末端最不利點(diǎn)的壓力形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)在線調(diào)節(jié)電機(jī)的頻率和轉(zhuǎn)速。
微能變頻器保護(hù)功能齊全，從而保證并提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)還沒(méi)有故障顯示記憶功能，便于分析和排除故障。本系統(tǒng)主要有下列保護(hù)功能：瞬間停電保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、直流過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、防止失速保護(hù)等。
三、經(jīng)濟(jì)效益分析
水泵采用微能變頻器后，泵的出口揚(yáng)程大幅度下降，節(jié)能效果顯著。水泵的運(yùn)行方式為白天兩臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行，夜間只運(yùn)行一臺(tái)泵，具體節(jié)能效果如下表所示：

運(yùn)行模式 所需電能 節(jié)能效果
輸出流量
（t/h） 運(yùn)行時(shí)間
（h/a） 引入變頻器前（kw） 引入變頻器后（kw） 節(jié)功率
（kw） 節(jié)電量
（萬(wàn)kw.h）
2 x 600 1080 2 x 168 2 x 124 2 x 44 2 x 4.75
2 x 400 4680 2 x 106 2 x 36.7 2 x 69.3 2 x 32.43
1 x 400 2880 1 x 106 1 x 36.7 1 x 69.3 1 x 19.96
兩臺(tái)水泵年節(jié)電量（萬(wàn)kw.h） 94.32

使用微能變頻器后，轉(zhuǎn)速下降，泵出口壓力降低，減少了機(jī)械磨損，降低了維修工作量，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。提高了功率因數(shù)，軟啟動(dòng)特性避免電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)大電流對(duì)電機(jī)線圈和電網(wǎng)的沖擊。
采用微能變頻器后，電動(dòng)機(jī)和泵共同組合為一體，它既是動(dòng)力源，又是供水調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變了傳統(tǒng)的控制方式，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。閉環(huán)控制系統(tǒng)適應(yīng)水量變化，實(shí)現(xiàn)在線調(diào)整，保證管網(wǎng)末端壓力恒定，不存在人為調(diào)整的滯后現(xiàn)象。
總之，微能具有體積小、調(diào)速范圍大、效率高、無(wú)級(jí)調(diào)速等特點(diǎn)，在該廠水泵上運(yùn)行安全可靠，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)，滿足生活用水需量，保證管網(wǎng)末端壓力恒定，具有明顯的節(jié)能降耗的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還延長(zhǎng)了設(shè)備壽命，減少了維修工作量，是一種比較理想的調(diào)速系統(tǒng)。