高压变频器在送水泵组中的应用

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摘 要：福建省石狮供水股份有限公司玉浦水厂（原名石狮市20万吨水厂），日供水能力为44万吨，是在旧水厂20万吨水厂的基础上再扩建20万吨，2013年福建省石狮供水股份有限公司赤湖水厂建成通水后，大大缓解了玉浦水厂的供水负荷，使得玉浦水厂供水量有了较大的冗余量，同时也使得该水厂日夜间送水量频繁地变化，玉浦水厂不得不频繁地启停送水机组或调节出水阀门。在送水泵组中应用高压变频调速，通过PID调节控制，不仅可实现恒压供水，还可延长机组的使用寿命，确保供水的实效性与经济性，实现了高效节能与稳定生产的有效统一。

关键词：送水泵房；高压变频器；应用

中图分类号：TU992.25 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0159-02

引言

水是人们生活与生产中必不可少的一项资源，随着社会的不断发展以及人口不断增多，社会各界对水的需求量也越来越大，对供水系统的安全性与供水质量也提出了越来越高的要求。在工厂送水泵组中应用高压变频器实施变频节能改造，可以实现PID调节控制送水泵机组管网压力，同时也可以使负荷较低时水泵的节流损失实现最大限度地降低，使机组的经济效益实现全面的提升。因此，对高压变频器在送水泵组中的应用进行探究具有至关重要的现实意义。

1 主要设备及技术参数

旧厂有6台送水泵，与扩建水厂及赤湖水厂通过合理调度，负责供应全市的生活与工业用水，根据用水量将其中的1-2台投入使用。水泵配套电机型号为Y560-8型，功率为630kW/10kV。选用HARSVERT-VA10/045变频器并配套一面手动一拖二切换柜。

2 技术改造

对送水泵房中的2#泵与4#泵实施变频节能改造，在已建成的送水泵房内对两组630kW/10kV电机机组添加变频调速系统的改造，将原设计的转子串级调速拆除改为高压变频器变频调速。采用变频器一拖二手动切换方式：（1）高压供电回路使用旧电路。（2）采取恒压变流形式来调节技改送水泵的转速，将压力维持在0.5MPa；（3）在MCC室并列安置原低压供电设备及变频柜。（4）增设10kV电力电缆，并更换Y560-8型电机1台。（5）通过硬接来实现与PLC控制系统的数据交换，可是必须将通讯接口保留下来，选用Profib-us-DP作为通讯协议。（6）调速范围控制在20-50Hz。

对于一台水泵来说，其水压、流量和所需功率均会因叶轮转速的改变而发生改变，它们之间的关系如下：

从上述关系可总结出如下结论：Q（水量）∝n（转速）；P（水压）∝n（转速）；N（水泵轴功率）∝n（转速），也就是说当转速发生改变时，水压、水量以及功率的变动速度也是各不相同的，而且功率的改变速率最大。当转速降至70%时，水量也会随之降至70%，可水压会下降至49%、功率会下降至34.3%。可见，通过对水泵转速进行调节，便可改变水压和水量，无需对阀门进行调节来改变管道的阻力特点，这样可以有效的减少节流损失，从而实现节能的效果。

3 高压变频器的优势

高压变频器具有如下几点优势：（1）利用高压变频器对电机实施调速改造，如果变频器出现故障，电机仍可以直接挂工频电网运作，可以有效地避免生产损失。而且高压变频器属于高科技，具有较高的可靠性，可以有效的降低维修率，减少维护成本，从而使供水企业的经济效益实现全面的提升。（2）利用高压变频器对电机实施调速改造时，只需将原先电机与开关的相连电缆断开，并将变频器加入其中即可，无需对机械与电机的连接关系进行更换，也无需更改任何基础，操作便捷，而且也不会因场地而受到限制，具有较好的适应性。（3）高压变频器的调速精准度和智能化水平均非常高，其可以实现闭环运作，使送水泵组的自动化水平实现全面的提升，使工作量实现有效的减少，从而有效的降低人工成本投入。（4）高压变频器对电机和负载机械可实现真正的软启动，使电机和负载机械启动时的冲击问题得到有效的解决。倘若工艺有要求，电机还可以在短时间内多次反复启动。（5）高压变频器具有较大的调速范围，而且其还具有较高的效率，在负载机械及电机强度允许、且电机不过流的情况下，高压变频器还可以使机械及电机实现超速运作，从而最大限度地提升电机的工作效率。

4 改造效果

水泵类负载中水压H、轴功率P、水泵流量Q等均与驱动电机（水泵）转速n之间成正比例关系。

水泵类负载的流量调节控制形式主要包括两种：变频控制与变阀控制。

采取变阀控制来调节控制水泵类负载的流量，只是单纯的改变了水泵流量和管网的特点，无法使水泵的速率发生改变，也根本无法使水泵系统的功率消耗实现有效的减小，无法达到节能的效果。

而采取变频控制来调节控制水泵类负载的流量，则是通过提升水泵的速率来达到降低轴功率、减少能源损耗的目的，其可以达到较好的节能效果。因此，目前在对水泵组进行改造的过程中，普遍采用的是变频控制的调节方式。本次研究也是采取变频控制的方式来对已建成的送水泵组进行改造。

到目前为止，该项目的高压变频器一直处于比较稳定的运作状态，起到了非常好的节能效果。据统计数据显示：（1）改造之前，输送1吨水需要损耗0.147度电能，将高压变频器应用于送水泵组中之后，输送1吨水只需损耗0.105度电能，可节约28.6%的电能。由此可见，高压变频器具有非常好的经济性。（2）改造之后，可实现软起动电机，使机械系统因电机发动时所受到的冲击实现有效的降低，可以使电机的使用寿命实现有效的延长，而且还可以对电机发动/停止时的管网“水锤”效应的出现起到有效的抑制作用。（3）经过变频调速之后，在正常流量的情况下，水泵不仅可以使管网的给水压力实现有效的减小，而且可以使管路接合处的泄漏现象的发生率实现最大限度的降低，从而使水泵机组运作的安全性和可靠性实现全面的提升。除此之外，将高压变频器应用于送水泵组中之后，针对不同的流量需要，其可以实现实时调控循环水管网的压力PID，使生产工艺实现最大限度的优化。由此证明，此次送水泵组的改造工程取得了较为理想的节能改造效果。因此，将高压变频器应用于送水泵组之中，可以有效的减少能源损耗，具有较好的节能效果，是一种非常有效的节能改造方式。

5 结束语

总而言之，将高压变频器应用于送水泵组中，不仅可以有效的提升送水泵组的安全性与可靠性，而且其工作效率也非常高，最重要的是其可以对电机和环境起到有效的保护作用。因此，在送水泵组中全面推广使用高压变频器，可以保障供水系统的健康、稳定运作，从而使人们的生产、生活用水得到有效的保障。

参考文献：

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