探究低压变频技术在水厂节能方面的应用

吴万森

摘要：近几年，我国大力推行节能减排的政策，水厂作为耗能大户，也成为了节能的实验对象。在所有行业中，水厂的耗電量可占总耗电量的75%～85%，可见，减少水厂的耗能是非常必要的。本文主要阐述了近年来国内水厂对节能的研究状况，并以公司某某水厂为例，分析了低压变频技术在水厂利用的利与弊，探求更有效的节能方法。

关键词：节能减排；低压变频；技术

引言：作为一个能源大国，我国虽然富含丰富的资源，但仍旧面临着能源枯竭的严峻挑战。电厂、水厂等作为民众不可或缺的一部分。其中水厂的水泵电动机的耗电量是整个水厂供水系统耗电的主要组成部分，水泵电动机的电费占总电费的95%左右。因此，在能源紧缺的今天，对于水厂来说，如何改善水泵电动机的耗电量、提高运作效率才是广大水厂提高经济效益的关键。

1、水厂用电情况

在水厂中，取水泵和配水泵成为耗能最大的两部分。根据相关水厂反应，除了取水头、反应池、沉淀池、消毒间、加药间和管道等设备耗电量低，原水泵房、滤池（内有电机与水泵）、清水泵房、自控设备等设备耗电量较大，可见若要控制能耗，重点应放在泵房。图一为水厂水处理系统的流程图。

图一

2、节能方法

2.1变频器节能

变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。当电机不能满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输出功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。

2.2功率因数补偿节能

无功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

2.3软启动节能

电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大量电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，而利用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。

3、低压变频器的技术原理

调速就是在同伊 负载下能得到不同的转速，以满足生产过程中的要求。在讨论变频器调速时，首先研究公式：n=（1-s）n0=（1-s）60f1/p（1），其中：n为电动机的转速，n0为电动机的同步转速，s为电动机的转差率，p为电动机绕组的极对数，通过上述公式表明，改变电动机的转速由三种可能：

A.变极调速

B.变频调速

C.变转差率调速

图二为水厂变频控制系统。

图二

4、应用实例

某某水厂，在我公司起着不可或缺的作用。其耗电量主要是消耗在水泵上，而耗电量直接影响到公司的经济效益，为了保障公司的利益，公司就规定了水泵的最高耗电量。该公司采用了低压变频技术进行试验，将耗电量与使用低压变频技术之前进行比对，观察该技术的是否会有降低耗电量的成效。

某水厂泵房共安装了四个水泵，其详细情况见表一。

项目

名称 流量（m3/h） 额定电流（A） 转速（r/min）

电机一（132kw/0.38kV） 486 237 1486

电机二（132kw/0.38kV） 486 237 1486

电机三（132kw/0.38kV） 486 237 1486

电机四（132kw/0.38kV） 486 237 1486

电机五（55kw/0.38kV） 162 110 1486

电机六（55kw/0.38kV） 162 110 1486

表一

根据时间段的不同，可从一天中分出早高峰、午高峰、晚高峰三个用水高峰期。为了减少耗电量，水厂一般会在高峰期使用两台水泵，且均为132kw的水泵，若在用水低潮时，一般只使用两台55kw的水泵。选用的水泵要在额定电压内，保证水的正常供应。现将每台水泵都安装一个低压变频器，以其中的电机一为例，观察在使用低压变频技术前后耗电量的情况。各时间段在使用低压变频技术的用水耗电量比较见表二。

项目

名称 使用时间（h） 耗电量（kwh）

安装低压变频器前 24 6845

安装低压变频器后 24 4528

表二

根据公式，可计算电机一的节电率：（6845-4528）/6845×100%=33.85%，可知，电机一在使用低压变频器后，节电率明显提高。

5、低压变频器的使用问题

在使用变频器的过程中，有时会出现各种各样的问题。其中一般可分为两类：一种是在运行中频繁出现的自动停机现象，并伴随着一定的故障显示代码，其处理措施可根据随机说明书上提供的指导方法，进行处理和解决。这类故障一般是由于变频器运行参数设定不合适，或外部工况、条件不满足变频器使用要求所产生的一种保护动作现象；另一类是由于使用环境恶劣，高温、导电粉尘引起的短路、潮湿引起的绝缘降低或击穿等突发故障。具体表现为：

5.1主控电路故障

主要包括主板，电源板，逆变器，滤波电容等主控电路损坏。

5.2冷却直流风扇故障

风扇属于易损件，工作寿命在2～5年，但是因为变频器种类繁多，功率大小不同所以内部直流风扇额定电流不同而不通用，部分风扇损坏后因为缺乏备件无法及时更换。

5.3外围控制器件故障

变频柜内变频器本身无故障，但外部控制电路系统发生故障。由于使用年限较长，且控制电路又比较复杂，既没有电路图，又没有线号，线路多而且复杂，给维修造成不便。

5.4散热不良

变频柜设计不合理，内部过于狭窄，散热通风效果差，导致散热不良。部分变频器工作环境比较恶劣，风尘及沙土集聚较多，严重影响了变频器的正常运行，甚至造成停机故障。变频柜 散热导流风扇属于易损件，寿命一般在2年左右。

6、结论

随着时代的发展，各种工厂与居民的用水量急剧增大，各个水厂的耗电量也升高。为了提高各水厂的效益，如何减少耗电量是关键中的关键。由于低压变频技术的广泛利用，低压变频器也成为了各个水厂的节能选择。其有投入少、占地面积小、操作简便等优点，且经过以上对低压变频器的节能研究，可见，其节能功效也是不容小觑，值得各个水厂广泛使用。

参考文献：

[1]赵反帝，陈彦文，刘洪升.低压变频技术在水泵系统中的应用[J].节能与环保.2006-11-30

[2]张玉林，刘志梅，刘国藩，孙艺夫，刘汉玉，变频调速节电技术在自来水厂的应用[J].节能.2004-07-15