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自來水廠水泵的變頻節(jié)能研究
一、自來水廠水泵變頻節(jié)能原理

在大多數(shù)改建、新建的自動化水廠泵房中，都配備了變頻器，在改善工藝的同時，進(jìn)一步降低能耗。在這過程中，變頻器控制方式與PLC、手動運(yùn)行模式基本上一致，通過控制箱就能現(xiàn)場切換。在水廠泵房送水中，通過PLC自控系統(tǒng)以及PID調(diào)節(jié)，不僅能讓變頻器進(jìn)行自動調(diào)速，還能保障恒壓供水，即使在無人值守的泵房，也能進(jìn)一步提高水廠生產(chǎn)效率與安全性。在變頻器取水中，通過PID以及PLC調(diào)節(jié)，不僅能讓變頻器實現(xiàn)自動調(diào)速，還能讓清水始終處于穩(wěn)定的狀態(tài)，在無人值守的泵房中，進(jìn)行優(yōu)質(zhì)、高效的供水。在自動化水泵房控制設(shè)計中，通常由清水位控制送水泵房壓力控制和變頻器頻率，通過改變送水泵房變頻器工作狀態(tài)，影響水壓力，它清水池時間滯后影響尤為突出，同時還會絮凝池、平流池、濾池水流量對水位的影響也很大。因此，用清水池水位對水泵房機(jī)組節(jié)能的方法對節(jié)能改造沒有太理想的效果。負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的平方以正比例關(guān)系呈現(xiàn)是水泵的主要特點(diǎn)，同時，軸功率和轉(zhuǎn)速的立方額成正比例關(guān)系。Q：Qo=n：no，H：Ho=(n：no)2，P：Po=(n：no)3，其中no為額定基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，n是運(yùn)行轉(zhuǎn)速，Ho是no的揚(yáng)程，Qo是no的流量，H是n的揚(yáng)程，Po是no的功率，同時P也是n的功率。對于現(xiàn)實中的泵負(fù)載，有一個和高低差具有實際聯(lián)系的揚(yáng)程，在變頻運(yùn)行或者調(diào)速中必須特別注意。

在實際工作中，運(yùn)行點(diǎn)一般由管路對曲線進(jìn)行阻擋，H到Q之間的交點(diǎn)對其也有重要作用。如：80%以上的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)不會在C區(qū)域，而在D區(qū)域。同時，軸功率必須考慮相似的問題，也就是說工作點(diǎn)不能和立方曲線直接交叉。也就是說，在相同的轉(zhuǎn)速下，揚(yáng)程越大，流量降低的比例就會越大，當(dāng)轉(zhuǎn)速范圍縮小到一定范圍時，節(jié)能效果也會隨之降低。

在轉(zhuǎn)速節(jié)能效果控制與閥門控制中，如果自來水廠流量從1.0轉(zhuǎn)換成0.5，在閥門控制中，利用關(guān)小閥門讓相關(guān)曲線的阻抗由R1變成R2，此時的工作點(diǎn)也會從原來的A點(diǎn)移動到B點(diǎn);如果使用的是轉(zhuǎn)速控制，在同一阻抗曲線中，R1就會從A點(diǎn)直接移動到B點(diǎn)。在P到Q軸功率特性曲線不變的情況下，100%的閥門轉(zhuǎn)速就會直接從A點(diǎn)移動到B點(diǎn);在轉(zhuǎn)速控制中，它會在實際揚(yáng)程的控制功率上，從A點(diǎn)運(yùn)動到D點(diǎn)，和閥門控制結(jié)果相比，它能得到相當(dāng)于BD一樣的節(jié)電。如果使用的是變頻調(diào)速，由于實際揚(yáng)程相對較小，所以軸功率會越來越接近曲線立方關(guān)系，此時調(diào)速產(chǎn)生的節(jié)能效果就會更大。

對于自來水廠的水泵，由于需要隨時向供水系統(tǒng)補(bǔ)水，所以在不同的時段區(qū)域以及不同的季節(jié)，用水量存在很大不同，需要補(bǔ)充的系統(tǒng)和流量壓力也存在很大差異。傳統(tǒng)的節(jié)能方法是，調(diào)節(jié)揚(yáng)程壓力與節(jié)水流量，不僅浪費(fèi)資源，流程也相當(dāng)麻煩，需要較高的成本，同時還會造成大量的機(jī)械損耗。

二、自來水廠水泵變頻器節(jié)能改造的工藝要求

在自來水廠水泵變頻器節(jié)能改造中，變頻器一般使用遠(yuǎn)程控制與本地控制相結(jié)合的方式進(jìn)行。其中遠(yuǎn)程控制又包括壓力負(fù)反饋和頻率控制，一般頻率調(diào)節(jié)都在0到50HZ之間。而直接頻率控制和壓力負(fù)反饋遠(yuǎn)程控制都有PLC進(jìn)行選擇，在運(yùn)行過程中，也可以根據(jù)變頻器具體的控制方式選擇。本地控制是對面板進(jìn)行的控制，控制方式調(diào)整成LOCAL;在頻率調(diào)節(jié)時，通過手動頻率控制，進(jìn)而保障出廠壓力與流量。在對自來水廠變頻器改造中，為了保障改造質(zhì)量，必須根據(jù)節(jié)能目標(biāo)滿足基本的節(jié)能要求，在這過程中，價格合理尤為重要;其次是水泵必須達(dá)到高強(qiáng)度的連續(xù)、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而保障系統(tǒng)由工頻到變頻，以及由變頻到工頻之間的轉(zhuǎn)換，一旦出現(xiàn)瞬時停電現(xiàn)象，通過自動再啟動的系統(tǒng)就能正常運(yùn)行。

在某自來水廠水泵變頻器中，該系統(tǒng)擁有三臺水泵，并且每臺電機(jī)容量都能達(dá)到75KW，一臺作為備用，另外兩臺正常工作。具體情況如下：在三臺水泵中，對其分別進(jìn)行定速和調(diào)速運(yùn)行，并且變頻器智能作為一臺電機(jī)的電源。所以每臺電機(jī)的停止、啟動都會相互相應(yīng)，通過這種邏輯性電路控制，不僅可以保障電路切換，還能達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。

在外部接線以及變頻器選型中，一般選用風(fēng)機(jī)、水泵類專用的變頻器，用PLC進(jìn)行控制。在變頻器接線中，水泵運(yùn)行中的管壓會直接影響水泵運(yùn)行狀況。如果管壓高于0.8時，定速、變速、備用各一臺;當(dāng)管壓低于0.64時，兩臺備用，一臺變速或者定速;當(dāng)管壓低于0.52時，兩臺備用，一臺作為變速。這三種情況都是根據(jù)管道流量以及壓力傳感器信號，通過函數(shù)發(fā)生器將其演變成控制信號，進(jìn)而啟動閥門與電動機(jī)。對于運(yùn)行狀態(tài)的電機(jī)，壓力信號一般由三種不同的速度進(jìn)行切換。

在變頻器接線中，電機(jī)轉(zhuǎn)向和電源相序連接沒有直接關(guān)系，一般根據(jù)電機(jī)連接的方式達(dá)到電機(jī)轉(zhuǎn)向。在這過程中，需要注意的是：電機(jī)端和電源端絕對不能反接，否則就會損壞變頻器。對于電源開關(guān)、KM1接觸器、QF容量則根據(jù)自來水廠水泵變頻器具體要求選擇。通過在變頻器上安裝功率表、電壓表、功率因素表、電流表等模擬類電表，對電機(jī)進(jìn)行細(xì)致的監(jiān)控;對于CM、FWD、C1V1等繼電器連接，通常使用靈敏度很高的微型雙觸點(diǎn)繼電器。在頻率設(shè)置中，可以根據(jù)流量、壓力對其進(jìn)行手動切換，為了轉(zhuǎn)換功率因素，必須安裝DK線圈，設(shè)置報警電路，一旦出現(xiàn)故障，通過聲光就能達(dá)到報警效果。

結(jié)束語

從自來水廠水泵變頻器自身特征來看，它具有很多優(yōu)點(diǎn)，對安全生產(chǎn)具有重要作用。因此，在實際工作中，必須根據(jù)相關(guān)要求，從各方面避免水泵壓力突破，在保障水壓穩(wěn)定的同時，保障水廠安全生產(chǎn)以及節(jié)能降耗等具體要求。