1、供水系統變頻調速改造沈 建 沈文琴摘要 通過企業自備水廠加壓泵站恒壓供水節能改造實施，介紹了變頻調速技術在供水系統節能技術改造中的應用，及其所帶來的經濟效益和社會效益。關鍵詞 恒壓供水 變頻調速 控制Frequency-requlting rebuilding for water supply systemAbstract : After the implementing of constant pressure water -supplying energy-saving rebuilding for supply water pump station of enterprise owned

2、 waterworks, introduce the application of frequency-regulting techniques on the energy-saving rebuilding project for water supplying system, and the economical-social benefits brought on as a result.Key words: constant pressure water-supplying frequency-regulting control 1、引 言 企業自備水廠是我國一定歷史條件下的產物，由于

3、受建設時期技術經濟發展水平局限，水廠設備設施選擇落后，控制保護系統不完善，系統運行經濟性很差。雖然國家近年來相繼采取了一系列政策措施，關、停、并、轉了部分企業自備水廠。但是對于大中型國有企業，尤其是國家重點骨干企業的自備水廠，在社會保障體系并不十分完善的今天，其還將在相當長的時期內運轉。因此，企業如何減少自備水廠系統故障、降低運行成本高，是節能降耗提高經濟效益的當務之急。現代變頻調速技術的廣泛應用，為我們進行供水系統節能改造提供了保障。供水加壓泵站基本狀況 所改造供水加壓泵站建成至今已運行二十年左右，其配置有3臺水泵（每臺泵額定流量200m3/h），電機容量75Kw，采用自耦降壓啟動控制，一回

4、400V電源供電，供水揚程80m，管網出水口壓力0.75MPa，日供水量8000m3。從二十世紀90年代后期開始，系統時常發生管網破裂、設備損壞等各種突發故障，造成供水中斷，嚴重影響企業正常生產、生活用水。加壓泵站供水系統特點a、主要滿足企業生產工作用水需要，同時兼顧職工家屬生活用水；b、由于生產生活用水時限差異，供水系統負荷變化較大，用戶用多少水？什么時候用水？哪些用戶用水等具有很大的不確定性；c、供水負荷的不確定性非線性變化，對設備管網產生較大沖擊，形成各種故障隱患，供水可靠性差；d、采用啟停水泵以及節流閥調整方式，控制調節水壓和流量，以滿足用戶的用水要求，無負荷自動調節系統，運行電能消耗

5、成本較大，系統經濟性差。2、變頻調速恒壓供水改造2.1變頻調速技術在供水系統中的應用 供水系統中使用的泵類設備屬于平方轉矩負載，其轉速n與流量Q、壓力H以及軸功率P具有如下關系：Qn，Hn2，Pn3，即：流量與轉速成正比，壓力與轉速平方成正比，軸功率與轉速立方成正比。從上述分析可知，通過改變電動機轉速即可方便地改變水的流量，保證水壓恒定，達到恒壓供水目的；通過改變電動機轉速，在降低水流量的同時，可以有效降低系統的電能損耗。根據電機理論，電動機轉速n = 60f（1-s）/p，從式中可以看出，改變電動機轉速有三種方式：改變電動機的極對數p；改變電動機的轉差率s；改變供電電源頻率f。對于大容量、高

6、速運轉的泵類電動機，采用前面兩種方式進行調速控制，技術及制造工藝上存在一定困難。因此，對水泵電動機調速的最佳選擇就是采用第三種方式：改變供電電源頻率f。隨著現代制造技術的發展、新材料新工藝的不斷應用，變頻器性能日趨穩定、功能更加完善，變頻調速技術正逐漸廣泛應用于各類電動機調速控制系統中，尤其是泵類及風機類電動機。2.2使用變頻器調速運行的主要優點：2、實現了電動機軟啟動，自由停車，避免水泵頻繁啟停 電動機均通過變頻器從050Hz作緩慢加速啟動，經測量，變頻運行時起動電流<5A，而工頻直接起動電流>300A，因此，變頻運行完全消除了因直接啟動造成的對電動機和電網的沖擊，降低了電動機故

7、障率，從而避免了水泵因突然高速啟動所帶來的對管網的沖擊，減少管網爆管故障；2實現恒母管水壓控制    均勻平滑調節電機轉速，可實現水壓自動調控，增強了系統的穩定性和可靠性。操作人員只須改變母管壓力設定值，不再調整節流閥，運行自動化程度大為提高，運行和維護工作量降低。 2管道壓力降低     原來節流調節時，流量變小時，管道壓力反而升高，容易爆管，不利于管道安全運行，而采用變頻調節后，流量變小時，管道壓力亦變低。2.2.4消除了泵的喘震現象，使泵處于最佳運行工況狀態。2.2.5提高了功率因數 從電網側看，工頻運行時功率因數為0.85左右

8、，變頻運行時功率因數達到0.95，因此，改善了電機電源質量，使電機運行功率與實際負荷相匹配，即使同樣是滿負荷運行，變頻運行時，輸入電流明顯比工頻運行時小，這也有利于節能和設備安全運行；2.3改造方案2.3.1方案簡介 根據加壓泵站3臺水泵實際設備設施配置情況，增設75Kw變頻裝置及循環控制裝置各一套，分別接至原有各控制柜的輸出端，使每臺水泵電機都能單獨進入自動恒壓供水閉環控制系統。保留原有降壓啟動電控柜，作為備用，在自動系統出現故障時，可轉換到手動控制，使備用電控柜投入運行，確保正常供水。改造采用大循環方式，由3臺水泵、變頻器柜、PLC控制器、循環控制柜、啟動柜以及壓力變送器組成一個閉環系統。

9、壓力變送器將管網壓力變化值轉換成電信號，送入變頻器，變頻器根據設定值自動調節電機轉速，改變供水流量，使管網出水壓力始終保持恒定，實現自動調節恒壓供水。系統框圖如下：400V電源出水總管TP傳感裝置3#泵75Kw2#泵75Kw1#泵75Kw變頻裝置轉換裝置原電控柜原電控柜原電控柜進水2.3.2工作原理 運行由變頻柜與循環轉換柜、水泵、水流、壓力傳感裝置構成的閉環自控系統，首先由變頻柜軟啟動1#水泵，變頻器頻率從零升50Hz，水泵達到額定轉速。此時供水壓力若達不到設定的壓力，系統自動將1#水泵切換到恒速運行，變頻器又再軟啟動2#水泵，進行調速供水，如還達不到設定壓力，系統又自動將2#水泵切換到恒速

10、運行，變頻器又再軟啟動3#水泵，直到達到設定壓力，變頻器始終停留在某一水泵上調速運行。如運行中變頻泵頻率降至設定的最低頻率，供水水壓大于設定壓力，系統將自動停止最先啟動的水泵，如仍大再停第二次啟動的水泵。在夜間運行時，當最后一臺變頻泵頻率降到設定的最低頻率，此時供水壓力還大于設定的壓力時，變頻裝置將進入休眠狀態，系統自動停止水泵工作。此時由壓力傳感裝置監視管網壓力，若低于設定壓力的0.05MPa，變頻裝置自動喚醒，啟動水泵補水。該系統就如此循環啟動、調速運行、停止不斷進行調整達到恒壓供水的目的。2.3.3主要功能特性 a、系統設有手動、自動；3臺泵循環、2臺泵循環；指定泵運行以及按原有方式運行

11、等多種工作控制模式，選擇方便，保證了整個加壓泵站供水系統在任何情況下均能正常供水； b、該系統具有自動循環起停和水泵定期自動交換運行功能，使各水泵運行時間均衡，避免了某些水泵長期運行磨損嚴重，而某些水泵又因長期停用（銹死）到用時又不能運行的現象； c、所有水泵均可實現軟啟動，對電網、管網及機械無沖擊，從而極大減少設備的維修，延長使用壽命； d、系統具備完善的故障自珍報警和故障保護功能； e、設有清水池水位控制，可連續監視液位變化，并有上下限液位報警，避免水池缺水，造成水泵空抽事故和水滿溢出。 f、系統具有標準的通訊接口，可直接與微機聯網，實現微機自動化管理。2.4改造經濟性分析2.4.1前提

12、根據加壓泵站改造前后3年運行的有關數據統計，以以下基本參數為基礎進行分析：2臺水泵全年每天24小時運行，總運行時間365×24=8760h；供水總流量Qn=2×200=400m3/h；水泵的標稱揚程80m（最大揚程90m）；用戶揚程75m；水泵的標稱效率76%；電機的額定功率P=2×75=150KW；電機的標稱效率84%；變頻器的標稱效率95%。電費綜合價格0.60元/度。不同流量工作時間統計表：序號流量（m3/h）日運行時間（h）年運行時間（h）備注1120（30%）9（38%）2200（50%）（35%）30663400（100%）（27%）合計2487602

13、.4.2運行節能計算 原系統每年運行所耗電量為：866497KWh 變頻恒壓調速改造后每年運行所耗電量為：694399KWh 年節電量：172098KWh 節約電費：103259元 年節電率：19.8%投資回收期：1.5年（從實際運行情況費用收支，2年即收回了全部投資）2.4.3運行曲線160140120功 100率 80（KW）604020 120 160 200 240 280 320 360 400 流量（m3/h）蘭色為改造前運行曲線紅色為改造后運行曲線從圖中可看出，在同一流量下，改造后功率明顯減小，所耗電量也明顯減小，節約了電能。3、工程實施的幾點體會和運行中應注意的問題 加壓泵站從2000年進行變頻調速技術改造運行至今，取得了明顯的經濟效益和社會效益：系統故障停水基本消失，設備停運檢修時間大大延長，供水可靠性極大提高，保證了企業生產生活用水的需要。但在改造及運行過程中，有許多經驗值得總結：、改造所用變頻器、PLC控制器、變送器及接觸器等主要元氣件必須選用著名企業的優質產品；、根據實際情況，在確定技術方案的前提下，選擇技術力量強、售后服務好、有實際經驗的正規公司進