供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速改造
發(fā)布時間：2019-08-02 10:17:25來源：
供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速改造
1 引言
企業(yè)自備水廠是我國在一定歷史條件下的產(chǎn)物，由于受建設時期技術經(jīng)濟發(fā)展水平局限，水廠設備設施選擇落后，控制保護系統(tǒng)不完善，系統(tǒng)運行經(jīng)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(zhuǎn)了部分企業(yè)自備水廠。但是對于大中型國有企業(yè)，尤其是國家重點骨干企業(yè)的自備水廠，在社會保障體系并不十分完善的今天，它還將在相當長的時期內(nèi)運轉(zhuǎn)。因此，企業(yè)如何減少自備水廠系統(tǒng)故障、降低運行成本高，是節(jié)能降耗提高經(jīng)濟效益的當務之急。現(xiàn)代變頻調(diào)速技術的廣泛應用，為進行供水系統(tǒng)節(jié)能改造提供了保障。
2 供水加壓泵站基本狀況及特點
2.1供水加壓泵站基本狀況
本文所介紹的改造供水加壓泵站建成至今已運行20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，一回路400V電源供電，供水揚程80m，管網(wǎng)出水壓力0.75MPa，日供水量8000m³。從20世紀90年代后期開始，系統(tǒng)市場發(fā)生管網(wǎng)破裂，設備損壞等各種突發(fā)故障，造成供水中斷，嚴重影響企業(yè)正常生產(chǎn)、生活用水。
2.2加壓泵站供水系統(tǒng)特點
（1） 主要滿足企業(yè)生產(chǎn)工作用水需求，同時兼顧職工家屬生活用水；
（2） 由于生產(chǎn)生活用水時限差異，供水系統(tǒng)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。
（3） 供求負荷的不確定性非線性變化，對設備管網(wǎng)產(chǎn)生較大沖擊，形成各種故障隱患，供水可靠性差；
（4） 采用啟停水泵以及節(jié)流閥調(diào)整發(fā)式，控制調(diào)節(jié)水壓和流量，以滿足用戶的用水要求，無負荷自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，運行電能消耗成本較大，系統(tǒng)經(jīng)濟性差。
3 變頻調(diào)速恒壓供水改造
3.1變頻調(diào)速技術在供水系統(tǒng)中的應用
供水系統(tǒng)中使用的泵類設備屬于平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力H以及軸功率P有如下關系：Q∝n,H∝n²,P∝n³,即：流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比。從上述分析可知，通過改變電動機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，在降低水流量的同時，可以有效降低系統(tǒng)的電能損耗。
根據(jù)電機理論，電動機轉(zhuǎn)速n=60f(1-s)/P，從式中可以看出，改變電動機轉(zhuǎn)速有三種方式：
（1） 改變電動機的極對數(shù)P；
（2） 改變電動機的轉(zhuǎn)差率s；
（3） 改變供電電源頻率f。
對于大容量、高速運轉(zhuǎn)的泵類電動機，采用前面兩種方式進行調(diào)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(diào)速的比較佳選擇就是采用第三種方式：改變供電電源頻率f。隨著現(xiàn)代制造技術的發(fā)展、新材料新工藝的不斷應用，變頻器性能日趨穩(wěn)定、功能更加完善，變頻調(diào)速技術正逐漸廣泛應用于各類電動機調(diào)式控制系統(tǒng)中，尤其是泵類及風機類電動機。
3.2使用變頻器調(diào)速運行的主要優(yōu)點
（1） 實現(xiàn)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0～50Hz作緩慢加速啟動，經(jīng)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起動造成的對電動機和電網(wǎng)的沖擊，降低了電動機故障率，從而避免了水泵因突然高速啟動所帶來的對管網(wǎng)的沖擊，減少管網(wǎng)爆管故障。
（2） 實現(xiàn)恒母管水壓控制
均勻平滑調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，可實現(xiàn)水壓自動控制，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。操作人員只須改變母管壓力設定值，不再調(diào)整節(jié)流閥，運行自動化程度大為提高，運行和維護工作量降低。
（3） 管道壓力降低
原來節(jié)流調(diào)節(jié)時，流量變小時，管帶壓力反而升高，容易爆管，不利于管道安全運行，而采用變頻調(diào)節(jié)后，流量變小時，管道壓力亦變低。
（4） 消除了泵的喘震現(xiàn)象，使泵處于比較佳運行工況狀態(tài)
（5） 提高了功率因數(shù)
從電網(wǎng)側(cè)看，工頻運行時功率因數(shù)為0.85左右，變頻運行時功率因數(shù)達到0.95，
因此，改善了電機電源質(zhì)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(jié)能和設備安全運行。
3.3改造方案
（1） 方案簡介
站3臺水泵實際設備配置情況，增設75KW變頻裝置及循環(huán)孔子裝置各一套，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(huán)控制系統(tǒng)。保留原有降壓啟動電控柜，作為備用，在自動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可轉(zhuǎn)換到手動控制，使備用電控柜投入運行，確保正常供水。
采用大循環(huán)方式，由3臺水泵、變頻器柜、PLC控制器、循環(huán)控制柜、啟動柜以及壓力變送器組成一個閉環(huán)系統(tǒng)。壓力變送器將管網(wǎng)壓力變化值轉(zhuǎn)換成電信號，送入變頻器，變頻器根據(jù)設定值自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，改造供水流量，使管網(wǎng)出水壓力始終保持恒定，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)恒壓供水。
（2） 工作原理
運行由變頻柜與循環(huán)轉(zhuǎn)換柜、水泵、水流、壓力傳感裝置構(gòu)成的閉環(huán)自控系統(tǒng)，首先由變頻柜軟啟動1#水泵，變頻器頻率從零升至50Hz，水泵達到額定轉(zhuǎn)速。此時供水壓力若達不到設定的壓力，系統(tǒng)自動將1#水泵切換到工頻恒速運行，變頻器再軟啟動2#水泵，進行調(diào)速供水，如還達不到設定壓力，系統(tǒng)又自動將2#水泵切換到工頻恒速運行，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(diào)速運行。如運行中變頻泵頻率降至設定的比較低頻率，供水水壓大于設定壓力，系統(tǒng)將自動停止比較先啟動的水泵，如仍大，再停第二次啟動的水泵。在夜間運行時，當比較后一臺變頻泵頻率降到設定的比較低頻率，此時供水壓力還大于設定的壓力時，變頻裝置監(jiān)視管網(wǎng)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(tǒng)就如此循環(huán)啟動、調(diào)速運行、停止，不斷進行調(diào)整，達到恒壓供水的目的。
（3） 主要功能特性
系統(tǒng)設有手動、自動；3臺泵循環(huán)或2臺泵循環(huán)；指定泵運行以及按原有方式運行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(tǒng)在任何情況下均能正常供水。
該系統(tǒng)具有自動循環(huán)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(xiàn)象；
所有水泵均可實現(xiàn)軟啟動，對電網(wǎng)、管網(wǎng)及機械無沖擊，從而極大地減少了設備的維修，延長了設備的使用壽命；
系統(tǒng)具備完善的故障自診斷、報警和故障保護功能；
設有清水池水位控制，可連續(xù)監(jiān)視液位變化，并有上下限液位報警，避免水池缺水，造成水泵抽空事故和水滿溢出；
系統(tǒng)具有標準的通訊接口，可直接與微機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)微機自動化管理。
3.4改造經(jīng)濟性分析
（1） 基本情況
根據(jù)加壓泵站改造前后3年運行的有關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，以下述基本參數(shù)為基礎進行分析：
2臺水泵全年每天24h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80（比較大揚程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/KW?h。
（2） 運行節(jié)能計算
原系統(tǒng)每年運行所耗電量為：866497KW?h
變頻調(diào)速恒壓供水改造后每年運行所耗電量為：694399KW?h
年節(jié)電量：172098KW?h
節(jié)約電費：103259元
改造工程總費用：15.6萬元
投資收回期：1.5年（從實際運行費用收支情況，2年即收回了全部投資）
（3） 運行曲線
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(jié)約了電能。
4 結(jié)束語
加壓泵站從2000年進行變頻調(diào)速技術改造運行至今，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益；系統(tǒng)故障停水基本消失，設備停運檢修時間大大延長，供水可靠性有了極大提高，保證了企業(yè)生產(chǎn)生活用水的需要。但在改造及運行過程中，有許多經(jīng)驗值得總結(jié)：
（1） 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(yè)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品；
（2） 必須對工作環(huán)境進行同步改造，以確保變頻系統(tǒng)正常運行；
（3） 緊持定期對變頻系統(tǒng)進行維護保養(yǎng)；
（4） 定期進行系統(tǒng)參數(shù)校核；
（5） 盡量采用成熟的新技術，以提高系統(tǒng)可靠性
鄭州變頻器 網(wǎng)址：http://www.drtubing.com 鄭州變頻器維修中心 維修電話：0371- 56700815 15515598858
鄭州變頻器 網(wǎng)址：http://www.drtubing.com 鄭州變頻器維修中心 維修電話：0371- 56700815 15515598858