摘 要： 本(ben)文(wen)著(zhe)重(zhong)介(jie)紹(shao)了(le)鄭(zheng)州(zhou)柿(shi)園(yuan)水(shui)廠(chang)在(zai)送(song)水(shui)泵(beng)站(zhan)最(zui)佳(jia)節(jie)能(neng)方(fang)式(shi)探(tan)索(suo)中(zhong)得(de)到(dao)的(de)經(jing)驗(yan)。結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)
，采(cai)用(yong)變(bian)頻(pin)裝(zhuang)置(zhi)調(tiao)速(su)後(hou)
，不(bu)僅(jin)實(shi)現(xian)了(le)電(dian)機(ji)的(de)軟(ruan)啟(qi)動(dong)，節(jie)約(yue)了(le)維(wei)修(xiu)費(fei)用(yong)
，同(tong)時(shi)平(ping)滑(hua)調(tiao)節(jie)管(guan)網(wang)壓(ya)力(li)安(an)全(quan)生(sheng)產(chan)
，節(jie)約(yue)電(dian)費(fei)降(jiang)低(di)製(zhi)水(shui)成(cheng)本(ben)，使(shi)送(song)水(shui)泵(beng)站(zhan)成(cheng)為(wei)名(ming)副(fu)其(qi)實(shi)的(de)節(jie)能(neng)型(xing)泵(beng)站(zhan)。
關鍵詞：高壓變頻器 節能 運行方式

1．前言
柿園水廠擔任了鄭州市西部地區的重要供水任務
，日設計供水量為40萬噸。其三期送水泵房共有10台水泵機組
，電動機功率分別是：550kW三台、560kW一台、400kW一台，380kW二台、355kW二台、220kW一台。目前變頻技術在很多領域已廣泛應用，自來水行業中新建成的水廠大都采用變頻電機設備，它的特點是：提高水廠生產安全係數並有一定的節電作用。
2001年
，總公司根據柿園水廠的實際情況在送水泵房投入使用了利德華福生產的兩台高壓變頻設備，型號是：HARSVERT－A06/076，分別拖動3#號機組550kW電動機和8#號機組560kW電動機，並於同年8月7日投入向城市管網輸水運行。經過多年運行
，設備基本良好，效益顯著。

2．變頻器節能的理論依據
我們從水泵調節原理得知，當水泵拖動電機工頻運行時，出力為額定值
，轉速及功率亦為額定值；dangcaiyongbianpintiaosushi
，keyianxuyaoshengjiangdianjizhuansu，gaibianshuibengdexingnengquxian，shishuibengdeedingcanshumanzugongyiyaoqiu。genjushuibengdexiangsidinglv，biansuqianhouliuliang、揚程、功率與轉速之間的關係為：
Q1/Q2＝n1/n2
，H1/H2＝（n1/n2）2，P1/P2＝（n1/n2）3
，
其中，Q1、H1、P1—水泵在n1轉速時的流量、揚程、功率；
Q2、H2、P2—水泵在n2轉速時相似的工況條件下的流量、揚程
、功率。
假如，n2比n1降低1/2，則P2/P1＝1/8
，可見，降低轉速大大降低軸功率可達到節能降耗的目的。

3．兩種變頻調速給水係統運行方式的分析
目前水廠變頻調速基本上都是通過給水係統管網上的壓力傳感器對管網的水壓進行采樣

，將壓力信號轉換為電信號
，並將其送至PID調tiao節jie器qi與yu用yong戶hu設she置zhi的de壓ya力li值zhi進jin行xing比bi較jiao和he運yun算suan，將jiang結jie果guo轉zhuan換huan為wei頻pin率lv調tiao節jie信xin號hao送song至zhi變bian頻pin器qi。變bian頻pin器qi根gen據ju傳chuan送song過guo來lai的de頻pin率lv調tiao節jie信xin號hao調tiao整zheng水shui泵beng電dian機ji的de電dian源yuan頻pin率lv

，從cong而er實shi現xian調tiao整zheng水shui泵beng的de轉zhuan速su。
　　變頻調速給水係統根據水泵出口壓力的變化情況可分為兩種：變壓變量給水係統和恒壓變量給水係統。
3.1　變壓變量給水係統
　　變壓變量給水係統的壓力傳感器設置在給水管網末端，PID調(tiao)節(jie)器(qi)設(she)定(ding)值(zhi)為(wei)管(guan)網(wang)末(mo)端(duan)用(yong)戶(hu)所(suo)需(xu)的(de)服(fu)務(wu)水(shui)頭(tou)值(zhi)。係(xi)統(tong)通(tong)過(guo)自(zi)動(dong)調(tiao)節(jie)使(shi)管(guan)網(wang)末(mo)端(duan)水(shui)壓(ya)保(bao)持(chi)恒(heng)定(ding)

，使(shi)管(guan)路(lu)特(te)性(xing)曲(qu)線(xian)和(he)係(xi)統(tong)靜(jing)揚(yang)程(cheng)不(bu)變(bian)，而(er)水(shui)泵(beng)出(chu)水(shui)口(kou)壓(ya)力(li)則(ze)隨(sui)著(zhe)供(gong)水(shui)量(liang)變(bian)化(hua)依(yi)管(guan)路(lu)特(te)性(xing)曲(qu)線(xian)而(er)改(gai)變(bian)，故(gu)理(li)論(lun)上(shang)實(shi)現(xian)了(le)“係統需要多少
，機組提供多少”，buhuiyouyugongshuiliangdejianxiaoerchanshengduoyudejingyangcheng，jienengxiaoguomanyi。danzhezhishiyizhonglixiangqingkuang
，qiexitongzhongjinyoubianpinbengzaidandugongzuo。youyubianpinshebeibijiaoanggui，daxinggeishuixitongwangwangcaiyongbianpinbengyudingsubengbinglianyunxingdefangshigongshui。
　　現(xian)以(yi)係(xi)統(tong)中(zhong)設(she)置(zhi)一(yi)台(tai)變(bian)頻(pin)泵(beng)和(he)一(yi)台(tai)工(gong)頻(pin)泵(beng)並(bing)聯(lian)運(yun)行(xing)為(wei)例(li)。當(dang)管(guan)網(wang)流(liu)量(liang)減(jian)小(xiao)時(shi)，需(xu)要(yao)揚(yang)程(cheng)相(xiang)應(ying)降(jiang)低(di)，變(bian)頻(pin)泵(beng)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)減(jian)速(su)運(yun)行(xing)實(shi)現(xian)。但(dan)為(wei)保(bao)證(zheng)並(bing)聯(lian)機(ji)組(zu)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)
，工(gong)頻(pin)泵(beng)揚(yang)程(cheng)也(ye)必(bi)須(xu)相(xiang)應(ying)降(jiang)低(di)，這(zhe)隻(zhi)能(neng)通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)流(liu)量(liang)實(shi)現(xian)，從(cong)而(er)造(zao)成(cheng)水(shui)量(liang)的(de)漏(lou)失(shi)，且(qie)還(hai)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)工(gong)頻(pin)泵(beng)離(li)開(kai)高(gao)效(xiao)段(duan)工(gong)作(zuo)，即(ji)沒(mei)有(you)達(da)到(dao)真(zhen)正(zheng)節(jie)能(neng)的(de)目(mu)的(de)。遇(yu)有(you)以(yi)上(shang)情(qing)況(kuang)，可(ke)以(yi)采(cai)取(qu)以(yi)下(xia)措(cuo)施(shi)來(lai)改(gai)善(shan)其(qi)節(jie)能(neng)效(xiao)果(guo)：
　　①對於小規模的給水係統

，可以僅設一台變頻泵
，並使泵的高效區(其高效範圍比工頻泵運行時的範圍要大)盡可能多地包括出現幾率較大的工況點。
　　②采用多台泵調速運行。當然

，由於變頻調速裝置價格比較昂貴，應綜合考慮其經濟因素而定。
　　③選擇工頻泵時，應使係統在最不利點工作時，工頻泵的工況點盡量靠近其高效區左側
；如果最不利情況出現幾率較小
，可以使其稍偏離高效區，落在高效區左外側。這樣，當係統揚程降低時，工頻泵仍可在高效區工作。
3.2　恒壓變量給水係統
　　恒heng壓ya變bian量liang給gei水shui係xi統tong將jiang壓ya力li傳chuan感gan器qi設she在zai水shui泵beng機ji組zu出chu水shui口kou，旨zhi在zai使shi水shui泵beng出chu水shui口kou壓ya力li保bao持chi恒heng定ding，一yi般ban設she定ding為wei最zui不bu利li工gong況kuang時shi水shui泵beng出chu水shui口kou所suo需xu壓ya力li值zhi。仍reng以yi一yi台tai變bian頻pin泵beng與yu一yi台tai工gong頻pin泵beng並bing聯lian運yun行xing為wei例li。當dang管guan網wang流liu量liang減jian小xiao時shi
，變bian頻pin泵beng通tong過guo減jian速su運yun行xing
，保bao持chi揚yang程cheng不bu變bian而er減jian小xiao出chu水shui量liang。由you於yu出chu口kou壓ya力li不bu變bian，工gong頻pin泵beng出chu水shui量liang不bu會hui改gai變bian(即運行工況不變)，仍在高效區工作
，從而達到節能目的。需要指出的是，當係統所需流量變小時，水泵出水口壓力(仍為最不利情況下係統所需壓力)大於管路此時需要的壓力，從而仍會在一定程度上導致靜揚程的浪費。以下兩種措施可以改善其節能效果：
　　①適當放大管網的管徑
，使管路特性曲線更趨平緩，但這會增加管網的一次性投資，需要和節能效果作綜合經濟比較。
②選擇工頻泵時盡量使每台泵的工況點落在高效區。
針對我廠的實際現狀，高壓變頻器拖動單個機組的節能效果好；還是變頻器拖動水泵機組和其他定速泵機組配合使用，再結合市區管網的節能效果好？從變頻器投入運行後，我們一直在不斷的探索。

4．最佳節能方式的探索
我(wo)廠(chang)對(dui)送(song)水(shui)房(fang)的(de)電(dian)機(ji)新(xin)安(an)裝(zhuang)了(le)遠(yuan)傳(chuan)電(dian)度(du)表(biao)後(hou)，實(shi)現(xian)了(le)耗(hao)電(dian)量(liang)與(yu)供(gong)水(shui)量(liang)的(de)同(tong)步(bu)計(ji)算(suan)機(ji)計(ji)量(liang)，為(wei)了(le)摸(mo)清(qing)楚(chu)變(bian)頻(pin)電(dian)機(ji)的(de)具(ju)體(ti)節(jie)能(neng)效(xiao)果(guo)

，根(gen)據(ju)我(wo)廠(chang)的(de)實(shi)際(ji)運(yun)行(xing)規(gui)律(lv)，在(zai)報(bao)請(qing)總(zong)公(gong)司(si)領(ling)導(dao)和(he)中(zhong)調(tiao)的(de)同(tong)意(yi)後(hou)，進(jin)行(xing)了(le)對(dui)比(bi)運(yun)行(xing)實(shi)驗(yan)。我(wo)們(men)分(fen)別(bie)用(yong)一(yi)台(tai)變(bian)頻(pin)器(qi)閉(bi)環(huan)運(yun)行(xing)和(he)其(qi)他(ta)定(ding)速(su)泵(beng)配(pei)合(he)；用兩台變頻器一個開環運行一個閉環運行和其他定速泵配合；在基本同樣的供水量，同樣的供水管網，分別試驗多次，以下是這三種運行方式的千噸水電耗統計表：






從統計表可知：
全定速運行千噸水單耗平均值：155.9 kWh/dam
一台變頻器閉環運行千噸水單耗平均值：151.6 kWh/dam
一台變頻器閉環運行

，一台變頻器開環運行和定速泵配合千噸水單耗平均值：146.9 kWh/dam
由此可知：
兩台變頻器投入使用和全定速泵比較節能：155.9－146.9＝9 kWh/dam
一台變頻器投入運行和定速泵比較節能：155.9－151.6＝4.3 kWh/dam。
根據反複實驗的結果
，我廠得出結論：用兩台變頻器一個開環運行一個閉環運行和其他定速泵配合
，這種方式最經濟。

5．製定措施保障變頻器時刻處於運行狀態
根(gen)據(ju)反(fan)複(fu)實(shi)驗(yan)的(de)結(jie)果(guo)，我(wo)們(men)為(wei)送(song)水(shui)泵(beng)站(zhan)製(zhi)定(ding)了(le)嚴(yan)格(ge)的(de)變(bian)頻(pin)器(qi)維(wei)修(xiu)保(bao)養(yang)製(zhi)度(du)。按(an)最(zui)佳(jia)節(jie)能(neng)方(fang)式(shi)調(tiao)節(jie)送(song)水(shui)泵(beng)房(fang)的(de)運(yun)行(xing)車(che)次(ci)，要(yao)求(qiu)維(wei)修(xiu)人(ren)員(yuan)接(jie)到(dao)變(bian)頻(pin)器(qi)有(you)故(gu)障(zhang)的(de)通(tong)知(zhi)後(hou)，不(bu)論(lun)是(shi)淩(ling)晨(chen)還(hai)是(shi)深(shen)夜(ye)

，馬(ma)上(shang)趕(gan)到(dao)現(xian)場(chang)維(wei)修(xiu)，以(yi)最(zui)短(duan)的(de)時(shi)間(jian)
，排(pai)除(chu)故(gu)障(zhang)，投(tou)入(ru)運(yun)行(xing)，以(yi)求(qiu)得(de)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)持(chi)續(xu)不(bu)間(jian)斷(duan)運(yun)行(xing)。

6．變頻器的優點
6.1安全運行
製zhi水shui廠chang的de安an全quan生sheng產chan包bao括kuo用yong電dian和he供gong水shui管guan網wang的de安an全quan。使shi用yong了le變bian頻pin技ji術shu能neng有you效xiao地di減jian小xiao因yin大da功gong率lv電dian機ji的de啟qi動dong對dui用yong電dian電dian網wang的de衝chong擊ji，同tong時shi保bao證zheng管guan網wang中zhong壓ya力li的de平ping滑hua過guo度du

，減jian少shao暴bao管guan的de幾ji率lv。
大功率的水泵電機
，每次開啟都會對廠區電網有影響。通常定速水泵在啟動時電流是額定運行電流的6—7bei，zheyangdadechongjidianliuyiyinqidiaozhashigu
，duidianwangzaochengweixie。tebieshizaidianwanghuiluzhongdedianliuyijingjiejinmanfuheshi，ruguoxuyaozaikaibeng，suirankaiqihouzongdianliubuchaoguomanfuheguidingdeyaoqiu，danshiyinweiqidongdianliutaida，shunjianzongdianliujiangguoedingyaoqiu，suoyibunengkaibeng
，yinciyingxianglezhengchangdeshengchan。ruguoshiyonglegaoyabianpinqihou
，shuibengdianjikeyicong0赫茲逐步上升至實際穩定的運行頻率，電機電流也能逐漸升高，電網所受的衝擊化解，從而提高了電網的安全運行係數。
管網壓力也是水廠的一項重要指導生產指標，壓力過高
，不僅容易暴管
，而且電耗也升高了；壓ya力li過guo低di，難nan以yi保bao證zheng城cheng市shi的de正zheng常chang用yong水shui。在zai各ge個ge時shi段duan對dui壓ya力li要yao求qiu也ye不bu一yi樣yang。以yi前qian我wo廠chang所suo有you的de水shui泵beng都dou為wei定ding速su泵beng，隻zhi要yao水shui泵beng一yi開kai啟qi
，便bian運yun行xing在zai工gong頻pin狀zhuang態tai下xia，其qi頻pin率lv、dianliudouguding，quanbucaiyongdingsubengdezuhebuyidingnenggoubaozhengguanwangyalizhenghaozaisuoyaoqiudeyalizhifanweinei，meidangguanwangyongshuixuqiubianhuashi，yalibianmingxianbianhua，bixutiaozhengcheci，zheyangzuojibuanquan，yebujingji，erqieguanwangzaitiaozhengchecideduanshijiannei
，yalibianhuajiaoda，yifashengbaoguanshigu。ercaiyongbianpinbeng
，keyishiyaliweichihengding，guanwangxuqiubianhuashi，kaotiaojiebianpinbengdepinlvkeyimanzuyongshuixuqiu。congerdadajiangdileguanwangdebaoguancishu。

6.2節約能耗
變頻水泵電機的節能原理是靠減少供水管網中的不必要的水的機械能實現的。舉例說明：我廠出廠外壓一般情況維持在0.40Mpa即可滿足供水區域的用水需求，如果壓力再高，用水量增幅不大，這說明供水區域已飽和
，這時高於0.40 Mpa的高出部分壓力是浪費
，維持這些壓力所耗的電能可以通過變頻電機的調節作用節省出來。
經過比較發現，水廠運行兩台變頻器比以前全定速泵的節能情況如下：
柿園水廠2005年日均供水量250.6dam/日
兩台變頻器投入使用和全定速泵比較節能：155.9－146.9＝9 kWh/dam
日節電費：250.6 dam×9kmh/ dam×0.523（平均電價）＝1179.57元
全年按變頻器運行十一個月計算（排除故障維修工時）。
全年節電費：1179.57×335天＝39.5157萬元

7．結束語
自zi來lai水shui廠chang在zai變bian頻pin調tiao速su給gei水shui係xi統tong的de設she計ji過guo程cheng中zhong，應ying根gen據ju給gei水shui管guan網wang的de特te點dian合he理li選xuan擇ze泵beng的de運yun行xing方fang式shi
，以yi達da到dao在zai滿man足zu使shi用yong要yao求qiu的de前qian提ti下xia
，既ji節jie省sheng投tou資zi又you節jie能neng的de目mu的de。
采(cai)用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)裝(zhuang)置(zhi)調(tiao)速(su)後(hou)，實(shi)現(xian)了(le)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)軟(ruan)啟(qi)動(dong)
，可(ke)以(yi)避(bi)免(mian)大(da)電(dian)流(liu)啟(qi)動(dong)衝(chong)擊(ji)造(zao)成(cheng)對(dui)電(dian)機(ji)絕(jue)緣(yuan)的(de)影(ying)響(xiang)

，減(jian)少(shao)電(dian)動(dong)機(ji)維(wei)修(xiu)量(liang)，節(jie)約(yue)維(wei)修(xiu)費(fei)用(yong)，使(shi)電(dian)機(ji)壽(shou)命(ming)延(yan)長(chang)
，也(ye)減(jian)少(shao)了(le)管(guan)道(dao)的(de)振(zhen)動(dong)與(yu)磨(mo)損(sun)。平(ping)滑(hua)調(tiao)節(jie)管(guan)網(wang)壓(ya)力(li)，每(mei)年(nian)節(jie)約(yue)電(dian)費(fei)39.5157萬元。柿園水廠電費占製水成本的73.90%
，節約電能可以有效地降低製水成本，緩解電能緊缺
，使送水泵站成為名副其實的節能型泵站。

參考文獻
[1].高壓變頻調速係統HARSVERT-A係列技術手冊 北京利德華福電氣技術有限公司
[2].高壓變頻器應用資料彙編 北京利德華福電氣技術有限公司

作者簡介
馬伶俐 女 42歲 鄭州柿園水廠電氣工程師