簡(jiǎn)析泵站節(jié)能改造的措施與變頻技術(shù)應(yīng)用

曾建文

【摘要】本文結(jié)合變頻技術(shù)在泵站改造中的應(yīng)用，對(duì)泵站節(jié)能改造進(jìn)行分析，旨在通過(guò)降低水泵耗電量，減少泵站能耗，基于此，首先論述了泵站節(jié)能改造中常用的措施，闡述了變頻技術(shù)在泵站運(yùn)行中的主要作用及其節(jié)能原理，對(duì)變頻技術(shù)在泵站節(jié)能改造中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

【關(guān)鍵詞】泵站節(jié)能改造；措施；變頻技術(shù)；作用；節(jié)能原理；應(yīng)用

隨著城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，使得各種資源需求不斷增多，因此為了能夠控制城市電能的浪費(fèi)，開(kāi)始注重對(duì)泵站進(jìn)行改造，使泵站提升功能，起到節(jié)能作用。為了提高泵站運(yùn)行的節(jié)能水平，以下就泵站節(jié)能改造的措施及其變頻技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討分析。

1、泵站節(jié)能改造中常用的措施

1.1更新泵站機(jī)電設(shè)備。具體表現(xiàn)為：第一、更新泵站水泵。泵站水泵的更新可以提高主泵運(yùn)行效率。通常水泵選型應(yīng)該以多年平均揚(yáng)程作為選泵依據(jù)，以最高揚(yáng)程進(jìn)行校核，要求在平均揚(yáng)程時(shí)，水泵在高效區(qū)運(yùn)行；對(duì)于選型不當(dāng)?shù)碾x心泵或蝸殼式混流泵，若其基本性能尚好，可采用變速、變徑調(diào)節(jié)，更換葉輪或更新主泵。對(duì)于可調(diào)葉片的軸流泵和導(dǎo)葉式混流泵，可采用變角、變速調(diào)節(jié)，或根據(jù)情況改造導(dǎo)葉、葉片或葉輪。變速、變角調(diào)節(jié)都有一定的限度，如果水泵工作點(diǎn)的性能參數(shù)與實(shí)際需要相差較大，或經(jīng)使用后葉輪、口環(huán)等零部件已磨損，就應(yīng)更換新的零部件，以保證水泵的正常工作。第二、泵站節(jié)能電機(jī)更新。通過(guò)泵站節(jié)能電機(jī)的更新，使電機(jī)的工作效率得到有效提高。同時(shí)選用配套功率的電動(dòng)機(jī)，確保其能夠滿(mǎn)足主泵各種工況的工作需要，還應(yīng)使之留有一定空余范圍，此外，還要使電動(dòng)機(jī)配套功率的備用系數(shù)要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如果備用系數(shù)太大則會(huì)使電動(dòng)機(jī)效率降低，其功率因數(shù)也降低，增加輸電線(xiàn)路和變壓器的損耗；同時(shí)，如果備用系數(shù)太小則會(huì)使電動(dòng)機(jī)難負(fù)其重，滿(mǎn)足不了設(shè)備所需的功率要求，從而大大縮短電動(dòng)機(jī)壽命。第三、合理選用節(jié)能設(shè)備。泵站工程應(yīng)盡量細(xì)化設(shè)備尺寸，減少供熱供電面積；積極利用自然光和自然通風(fēng)條件，減少電能消耗；推廣高效節(jié)能型設(shè)備，減少能源損耗。

1.2降低傳動(dòng)損耗。在泵站技術(shù)運(yùn)行的時(shí)候，需要根據(jù)水泵輪槽的型號(hào)來(lái)科學(xué)合理的選擇配電機(jī)輪與傳動(dòng)三角帶，以便對(duì)其松緊情況進(jìn)行有效的調(diào)整，促進(jìn)傳動(dòng)損耗降低，以便確保在高度運(yùn)行的情況下，能夠提高其運(yùn)行效率，減少故障的發(fā)生。

1.3對(duì)進(jìn)水管的角度進(jìn)行改變，以便縮短長(zhǎng)度?？梢栽谶M(jìn)水管后面安裝垂直的彎頭，并對(duì)接2節(jié)1m的鑄鐵管，確保其與平面處于垂直狀態(tài)，以便確保進(jìn)水管1.5m以上均淹沒(méi)起來(lái)，以便避免出現(xiàn)漩渦現(xiàn)象。并在最低水位的情況下，水泵也可以保持正常的運(yùn)行狀態(tài)，可以有效的提高運(yùn)行效率。

1.4合理應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)。水泵變頻器控制技術(shù)是目前最常用的節(jié)能改造技術(shù)，其主要是將工業(yè)上使用的交流電源頻率50Hz的交流電轉(zhuǎn)換為三相頻率和電壓可調(diào)的交流電，該種方式主要是利用改變交流電動(dòng)機(jī)定子繞組供電頻率和改變電壓的方式，起到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的作用，即為Variable Voltage and VariableFrequency （VVVF技術(shù)）。

2、變頻技術(shù)在泵站運(yùn)行中的主要作用

由于天氣氣候及其他因素的影響，如每日降雨量不同，生活用水量也不同，而排水泵站主要是在一定時(shí)間內(nèi)，使水泵排出的水量需要比其所收集的水量要略大，因此給排水泵站造成了工作和運(yùn)行上的困難。很多排水泵站在設(shè)計(jì)之初，為了能夠保障其自身的安全和不會(huì)受到外界環(huán)境的影響，而選擇采用較大的額定功率和揚(yáng)程，以確保在遇到大水量時(shí)，或者前池低水位時(shí)，都能夠快速的將水排出。然而這樣的工作方式，會(huì)使泵站長(zhǎng)期處在偏離最佳工作點(diǎn)的狀態(tài)中工作。如今很多城市都在對(duì)排水泵站進(jìn)行變頻改造，有效提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3、變頻技術(shù)在泵站運(yùn)行中應(yīng)用的節(jié)能原理

據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，水泵的軸功率=流體重度x流量x揚(yáng)程/（1000水泵效率）。其中根據(jù)水泵調(diào)速原理，水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，水泵的揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，因此可以確定轉(zhuǎn)速變化也對(duì)水泵的軸功率產(chǎn)生影響。據(jù)相關(guān)研究分析，如果通過(guò)變頻調(diào)節(jié)，將水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至額定轉(zhuǎn)速的90%，則水泵的流量也會(huì)下降至額定流量的90%，然而此時(shí)水泵軸功率會(huì)下降至工頻狀態(tài)的72.9%，因此排水單耗也會(huì)下降至工頻狀態(tài)的81%。因此如果轉(zhuǎn)速繼續(xù)調(diào)節(jié)降低，如達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的80%時(shí)，則此時(shí)排水單耗也會(huì)降低至工頻狀態(tài)的64%，起到節(jié)電率36%的作用。為了能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能效果，可以在設(shè)計(jì)揚(yáng)程富余的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整。

合理應(yīng)用變頻自帶軟啟動(dòng)功能，當(dāng)電機(jī)處在加速中，應(yīng)該通過(guò)提高頻率和電壓的方式，將啟動(dòng)電流控制在額定電流1.2一1.5倍，因?yàn)樵诶霉ゎl電源進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)軟啟動(dòng)的效果，因此需要利用變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)節(jié)能效果，起到減少電流對(duì)電網(wǎng)沖擊的作用，從而能夠節(jié)省電費(fèi)，并改善啟動(dòng)慣性沖擊，保護(hù)設(shè)備的安全。對(duì)于停泵時(shí)會(huì)出現(xiàn)的水錘效應(yīng)，也可以通過(guò)變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)軟停止，減小甚至消除水錘作用。在我國(guó)排水泵站的建設(shè)中，可能會(huì)出現(xiàn)管道系統(tǒng)不完善的問(wèn)題，這種情況下，會(huì)使排水需要流量達(dá)不到額定流量的標(biāo)準(zhǔn)，為了能夠改善這一情況，需要采用變頻調(diào)速的方式，進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)，從而還能夠有效防止水泵頻繁啟動(dòng)。通過(guò)上述分析可以了解到，變頻技術(shù)能夠有效改善水泵的功能，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。此外還可以通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)能以及提高功率因數(shù)實(shí)施節(jié)能。第一、動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)能是指變頻器能夠在適應(yīng)負(fù)載變動(dòng)的狀態(tài)下，供給最大效率電壓，其中對(duì)于變頻調(diào)速器，可以通過(guò)設(shè)置5000次/s，進(jìn)行輸出功能的測(cè)量和控制，從而使其一直維持輸出高效率運(yùn)行。另外變頻器在電極輸出力矩的狀態(tài)下，可以事先對(duì)V/F曲線(xiàn)的自動(dòng)條件，從而起到減少輸入電流的作用，達(dá)到節(jié)能。第二、提高功率因數(shù)實(shí)施節(jié)能，當(dāng)定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)電磁作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生力矩，而電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)因?yàn)槲沾罅康臒o(wú)功功率出現(xiàn)功率因素極低的情況，因此可以通過(guò)變頻節(jié)能調(diào)速，實(shí)現(xiàn)提高功率因數(shù)，從而有效減少無(wú)功損耗。

4、變頻技術(shù)在泵站節(jié)能改造中的應(yīng)用分析

結(jié)合某排水泵站，對(duì)變頻技術(shù)在泵站節(jié)能改造中的應(yīng)用進(jìn)行探討。目前電能是人們使用最普遍的能源，卻也是浪費(fèi)比較嚴(yán)重的能源。其中在排水泵站運(yùn)行中所產(chǎn)生的電能費(fèi)用，是該行業(yè)中的重要支出費(fèi)用。為了能夠符合我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的發(fā)展，提高排水行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，需要加強(qiáng)注重對(duì)變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，加強(qiáng)排水泵的改造，從而降低排水泵電能的消耗。

某排水泵站主要有7臺(tái)機(jī)組負(fù)責(zé)排漬，另外兩臺(tái)機(jī)組則一個(gè)用來(lái)給污水處理廠(chǎng)輸送污水，另外一個(gè)主要是備用。目前主要采用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，采用一拖一固定安裝方式。其中軟啟動(dòng)主要采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，在使用軟啟動(dòng)器進(jìn)行工作時(shí)，其晶閘管的輸出電壓也會(huì)相應(yīng)增加，指導(dǎo)晶閘管導(dǎo)通，則電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)。然而在實(shí)際使用過(guò)程中，軟啟動(dòng)器存在故障問(wèn)題多，維修困難等問(wèn)題。同時(shí)機(jī)組工況工作單一，不能夠根據(jù)揚(yáng)程的不同進(jìn)行改變，從而消耗能耗較高。在該地區(qū)排水泵站的機(jī)組運(yùn)用中，一般是采用3臺(tái)到4臺(tái)進(jìn)行工作，為了能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降，需要進(jìn)行對(duì)變頻器數(shù)量的合理配置，并讓所有的機(jī)組都能夠進(jìn)行軟啟動(dòng)和變頻工作。首先要注重對(duì)PLC的運(yùn)用，將變頻器能夠通過(guò)一拖多的作用有效發(fā)揮出來(lái)，一般可以采用一拖三或一拖四的方式進(jìn)行。如在利用一拖四進(jìn)行工作時(shí)，當(dāng)只需要一臺(tái)機(jī)組處在工作狀態(tài)中，則只需要變頻啟動(dòng)，而如果需要多臺(tái)機(jī)組處在工作中，則變頻器首先需要啟動(dòng)一臺(tái)機(jī)組，然后通過(guò)控制接觸器，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換到工頻狀態(tài)中，然而再啟動(dòng)第二臺(tái)機(jī)組，從而讓第二臺(tái)機(jī)組也能夠?qū)崿F(xiàn)變頻運(yùn)行。另外需要注重利用前池、水位等，明確水泵的揚(yáng)程，從而通過(guò)變頻調(diào)節(jié)的方式，實(shí)現(xiàn)機(jī)組高效運(yùn)行和降低轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到節(jié)能降耗的效果，并且還能夠起到良好的排漬效果。變頻器使用在排水泵站中，能夠有效滿(mǎn)足排水泵站當(dāng)前的需求，還能夠促進(jìn)其后期的發(fā)展。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，隨著城市化建設(shè)的快速推進(jìn)以及工業(yè)化程度的不斷提高，使得能源需求日益增多，為了滿(mǎn)足能源需要，使能源得到充分利用，必須注重節(jié)能減排。其中電能作為如今應(yīng)用最普遍的能源之一，對(duì)其進(jìn)行合理節(jié)能具有關(guān)鍵。其中泵站設(shè)備年耗電量占據(jù)較大的比例，因此對(duì)泵站節(jié)能改造進(jìn)行分析具有重要意義。而變頻技術(shù)在泵站節(jié)能改造中的應(yīng)用，能夠有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，并且還能夠保障排水泵站機(jī)組的安全運(yùn)行，因此需要加強(qiáng)變頻技術(shù)的推廣應(yīng)用。

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