水厂水泵变频调速技改方案及节能效益分析

许星辉

（湘乡市供水管理处 湖南 湘乡 411400）

0 引言

水泵是水厂供水系统中的核心部分，它运行的安全性和可靠性都会在很大程度上影响到水厂供水服务质量，进而对水厂运营的经济效益带来很大的影响。在水厂的供水系统中，水泵是消耗较多的一个环节，所以，水泵所需要的投资成本相对来说比较高。而要想在有效控制水泵投资成本的同时，准确掌握管网压力，有效的调整水泵出口节流阀开度，并完成水量调节等工作，水厂就需要采取合理的措施，对变频调速技能进行改造升级，进而提高水厂供水的安全性和可靠性，实现节能降耗的目标。

1 水泵变频调速的必要性

一般来说，供水系统的供水量会受到外界各方面因素的影响而发生一定变化，而且是极不均衡的。通常情况下，水厂主要是根据最高用水量来选择符合需求和规定能力的供水水泵；在水泵扬程的选择方面，水厂需考虑管网能量与水泵净扬程之和，然后再做出合理的选择，而且，水厂需要采取科学的手段，保障水泵运行中的最高扬程。另外，水量的预测具有不准确性，而要想确保水泵运行的安全性和可靠性，水厂所选择的水泵流量及其扬程都会有一定的富余量，而且富余量也是不相同的。除此之外，从建成供水系统，到供水系统能力到达规定要求，这需要一个过渡期，而这个过渡期的时长取决于供水系统的设计规模，而且其他各方面的因素的影响也会对过渡期时长带来一定影响。总之，水厂水泵实际运行的工况点往往会偏移高效区。所以，水厂需要安排人员对其运行工况点进行控制，必要时需要做出改变，进而更好的适应水泵管网中流量和压力的变化，进一步提高水厂供水服务效率。

2 水泵调速技术的优越性分析

就目前而言，我国水厂生产以及大部分工业生产企业中，水泵变频调速技术已经得到了广泛的应用，而且也为企业赢得了可观的经济效益和社会效益。在多年的运行和使用过程中，水厂和相关技术人员也总结和积累了丰富的水泵运行经验，进而实现了节能的目标。水厂现阶段使用的水泵变频调速技术不仅可以确保设备机组运行的稳定性和安全性，而且其操作也变得更加简单，这样以来，相关人员的管控工作也会变得更加便捷，效率也会有所提高。近几年来，在计算技术的推动下，我国大部分水厂水泵变频调速系统已经实现了自动化管理，这不仅有效的提高了水厂供水服务质量，而且也增加了水厂的经济效益。另外，水泵调速技术有效的实现了节能减排的目标。随着水泵变速技术的进一步普及，水厂生产的能耗不断降低，但水泵的应用仍需要比较多的电力设备等，这就需要水厂投入大量的成本，要想获得长远的经济效益和社会效益，水厂仍需要对水泵调速技术进行改造。

3 影响水泵变频调速节能效果的主要因素

在改造水泵变频调速技术的过程中，其节能效果往往会受到多个方面因素的影响。首先，水泵的最佳运行状况，也就是水泵效率较高的状态是水泵运行工况点沿管路特性曲线变化时，而这时的管路的压力相对来说比较合理。但在实际运行过程中，水泵的变频调速无法保障其运行工况始终处于合格标准或者高效区内。而如果水泵电机出现输出功率过度偏移的问题，电机效率就会受到很大的影响，快速下降，同时，如果水泵电机工作频率过低，电机的效率也会受到很大的影响，这也就无法实现节能的目的。所以，水泵调速范围过大会在很大程度上影响到水泵电机及其自身的效率，进而导致水泵变频调速技能效果不佳。

其次，多台水泵并联供水系统是我国各地水厂比较常见的，而且这种供水系统联合了调速泵和定速泵进行供水。但在实际运行过程中，由于定速泵的因素，调速泵的调速范围会受到很大影响。而随着水泵的不断运行，变频泵调速范围最大的情况是其工况点在水泵高效区最右端；而工频泵调速范围最大的情况是工况点若最左端。由于同型号水泵的调速和定速的要求完全相反，供水系统中多台水泵并列运行会在很大程度上影响到定速泵的效率。

另外，在应用水泵变频调速技术的过程中，水厂通常会采用两种流量供水方式，分别是恒压和变压。一般来说，变压供水的工况点会发生一定的移动情况。但使用这两种供水方式进行供水时，恒压供水没有考虑到能耗的问题，所以，恒压供水方式的经济性相对来说比较差。因此，调速供水方式的不同会对节能效果带来很大的影响。

4 水泵调速运行情况分析

为了更好的确保水泵在长期运行中处于高效工况区，水厂往往需要根据具体的情况而采取不同的调节方式，进而改变水泵运行的工况点，这样一来，水厂仅以实现水泵运行的节能目的。假设水泵在额定运转速度条件下运行时，其扬程特性和管阻特性交点就是水泵额定运转的工况点，而此时的水泵电机的运转速度一直是额定全速的。根据水厂供水系统的需求和要求，当水泵的流量需要进行调节时，一般有两种调节方式，分别是调整水泵出口节流阀开度和变频调速。首先，在采用调整水泵出口节流阀开度进行流量调节时，其转速一直处于额定转速，而且水泵扬程特性的变化非常小。所以，通过调整水泵出口节流阀开度可以实现水泵流量的动态调节，而且管阻特性和水泵工况点，及其轴功率的变化都比较小。另外，与节流阀调节原理刚好相反，变频调速不仅可以保持原管阻特性，而且可以改变电机转速及其扬程特性，这样对实现水泵流量的动态调节有一定推动作用。总的来说，对大功率水泵进行变频调速技改和生积，不仅可以维持管网系统的现状，而且水泵转速也可以得到很好的控制，进而使水厂实现节能降耗的目标。

5 水泵变频调速技改方案分析

我国不同地区的水厂用户类型比较多，而且各方面的用水量比较多，所以，水厂供水管网相对来说比较复杂，水流量和水压波动都比较大。虽然水厂常用的节流阀调节等方案能够有效的确保水泵调速的可靠性和节能经济性，但已经无法满足现在水厂精细化调节和高质量供水服务的需求。所以，某水厂结合其工程特性，为了满足供水高峰和低谷期间多台水泵轮流工作，并实现多台水泵的协调运行。该水厂在改造调速技术中，采用了“一拖三”的变频调速方案，选用的是“HD-3000 型”水泵循环变频调速系统，和1 面3 泵循环控制柜。在水泵变频调速控制系统中，水厂相关工作人员在供水控制器中输入了管网预设压力值，并采集了压力信号间的差值，再经过运算得出频率差值，然后合理的改变水泵电机的转速，进一步实现水泵扬程特性的平稳过渡。

6 水泵变频调速技改的节能效益分析

经过对水泵变频调速技术进行升级和改造之后，水泵运行中节能效益的效果还是十分明显的。在节能降耗方面，水泵配水能耗和综合配水能耗都在不断降低。一般来说，4-9 月是用水高峰期，多台水泵在长时间运行之后会导致能耗不断增加，但经过技术改造之后，用水高峰期的能耗相比以前有所减少，水厂整体节能降耗的效果也不断提高。节电方面，在同一供水时段，改造后的水泵运行电流和出口压力以及频率等都有所降低，而且水厂水泵运行的条件也得到了明显的改善。在供水服务质量方面，通过对水泵变频调速技术的改造，管网压力恒定以及供水服务的质量都有所提高，而且，水厂也有效的避免了突发性爆管事故的发生，进一步提高了水厂供水的安全性和可靠性。

7 结束语

结合技术改造之后的运行效果，我们可以看出，水泵变频调速不仅可以更好地满足企业日常生产工艺的具体需求，而且可以有效的解决水厂水泵运行效率较低，运行消耗高等一系列问题。同时，通过改造水泵变频调速技术，水厂及相关行业不仅可以实现电动机的软启动，而且也可以使水泵机组运行的安全性和稳定性得到充分的保障，进而降低了设备及相关附近的维修费用，从而给水厂带来更高的经济效益。因此，对水厂水泵变频调速技术进行改造是很有必要的，这不仅符合国家节能减排的政策，而且也对企业的进一步发展起到了推动作用。