閻秋霞 劉先念 張通觀

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 沈陽(yáng) 110006) (大連市供水有限公司 116021)

變頻調(diào)速裝置在南段雙塔泵站的應(yīng)用

閻秋霞 劉先念 張通觀

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 沈陽(yáng) 110006) (大連市供水有限公司 116021)

大中型長(zhǎng)距離引水工程中的泵站因受水源水庫(kù)水位及調(diào)水流量變化的影響，泵站揚(yáng)程變幅往往較大，滿足水庫(kù)死水位條件下調(diào)最大流量而選用的恒速泵，在經(jīng)常運(yùn)行水位下的低揚(yáng)程運(yùn)行工況效率相對(duì)較低或無(wú)法運(yùn)行，需要調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度增加損失運(yùn)行，此種情況增設(shè)變頻裝置是較優(yōu)的節(jié)能方案。本文介紹雙塔泵站變頻裝置與其他節(jié)能方案比選以及變頻臺(tái)數(shù)比選情況。實(shí)際試運(yùn)行證明：其節(jié)能效益與理論計(jì)算相符，節(jié)能效益顯著。

恒速泵 變頻調(diào)速泵 變頻裝置

大伙房水庫(kù)輸水應(yīng)急入連的南段工程是從碧流河水庫(kù)取水，經(jīng)頭部雙塔加壓泵站和樂(lè)甲中間加壓泵站加壓后送入東風(fēng)水庫(kù)的高位水池再自流進(jìn)入市區(qū)的凈水廠。位于頭部的雙塔加壓泵站其任務(wù)是將碧流河的水加壓送到花房溝隧洞進(jìn)口，平時(shí)能夠保證該工程平均流量(23.32萬(wàn)m3/d)、最大流量(30.31萬(wàn)m3/d)的供水需要，在引碧入連暗渠工程供水事故時(shí)，能提供57.5萬(wàn)m3/d的事故備用水。雙塔泵站從碧流河水庫(kù)取水，水庫(kù)死水位為47m，正常高水位為69 m，運(yùn)行水位變化較大。

碧流河水庫(kù)各運(yùn)行水位頻率見(jiàn)表1。根據(jù)碧流河運(yùn)行水位及水庫(kù)至花房溝隧洞進(jìn)口的管路水力損失，確定各供水流量下的水泵所需揚(yáng)程，見(jiàn)表2。

表1 碧流河水庫(kù)運(yùn)行水位頻率

表2 泵站流量、揚(yáng)程參數(shù)

以上運(yùn)行條件致使該泵站具有流量大、揚(yáng)程高、揚(yáng)程變幅大的特點(diǎn)，為使水泵在各工況下都能高效、安全運(yùn)行，水泵選擇應(yīng)考慮以下三種方案：?變頻調(diào)速;?利用水泵出口閥門(mén)節(jié)流;?更換葉輪。根據(jù)以上三種措施擬定以下三個(gè)比較方案：

a.方案1：變頻調(diào)速方案。5臺(tái) SM501—640—640臥式雙吸離心泵，2臺(tái)變頻裝置。事故時(shí)，全部恒速運(yùn)行，平均流量供水，2臺(tái)工作，最大流量供水，3臺(tái)工作，2臺(tái)備用。

b.方案2：大小泵組合水泵出口閥門(mén)節(jié)流方案。2臺(tái) SM502—720—655大泵，4臺(tái) SM501—640—600型小泵。事故時(shí)全部工作，平均流量供水，2臺(tái)工作，最大流量供水，3臺(tái)工作。

c.方案3：更換轉(zhuǎn)輪方案。2臺(tái) SM502—720—655大 泵，4臺(tái) SM501—640—575型 小 泵，2個(gè)SM501—640—600更換轉(zhuǎn)輪。事故時(shí)全部工作，平均流量供水，2臺(tái)工作，最大流量供水，3臺(tái)工作。死水位和事故時(shí)均需更換葉輪。三個(gè)比較方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見(jiàn)表3。

表3 三方案的經(jīng)濟(jì)比較

三方案比較優(yōu)缺點(diǎn)如下：

a.變頻調(diào)速方案缺點(diǎn)是變頻設(shè)備投資高。優(yōu)點(diǎn)為：運(yùn)行最為靈活;可以手動(dòng)或自動(dòng)連續(xù)調(diào)節(jié);水泵降速運(yùn)行后，大部分工況運(yùn)行在高效區(qū)，并可以充分利用水庫(kù)水能，節(jié)約電能。從表4可以看出，與其他方案比較年耗電最少，年運(yùn)行電費(fèi)比其他方案少200萬(wàn)元以上，總現(xiàn)值最少，為最經(jīng)濟(jì)方案。

b.大小泵組合水泵出口閥門(mén)節(jié)流方案優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投資最少。缺點(diǎn)是流量通過(guò)水泵出口閥門(mén)調(diào)節(jié)，流量調(diào)節(jié)較為困難，并不能連續(xù)調(diào)節(jié);年耗電量最多，總現(xiàn)值最大，為最不經(jīng)濟(jì)方案。

c.換葉輪方案設(shè)備投資較少。通過(guò)更換葉輪，可以利用一部分水庫(kù)水能，提高部分運(yùn)行工況的效率。但由于水庫(kù)水位變幅大，更換葉輪，也不能保證各揚(yáng)程下均能運(yùn)行，部分揚(yáng)程仍需通過(guò)閥門(mén)節(jié)流滿足運(yùn)行，因此其耗電量仍較高，總現(xiàn)值比變頻方案大，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也較差。

通過(guò)以上比較，對(duì)于從變幅較大的水庫(kù)取水的中型加壓泵站，采用變頻裝置，不但運(yùn)行靈活，而且節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。因此該工程采用變頻調(diào)速方案。

采用變頻調(diào)速裝置，使水泵變速運(yùn)行，適應(yīng)于不同的運(yùn)行工況，達(dá)到節(jié)能效果，變頻裝置多，運(yùn)行靈活性高，但投資大，因此采用幾臺(tái)變頻裝置更為合理，應(yīng)通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較確定。事故工況出現(xiàn)幾率低，對(duì)泵站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響小，因此變頻數(shù)量的比選不考慮事故工況，只對(duì)正常運(yùn)行工況進(jìn)行比較。根據(jù)正常運(yùn)行工況的供水流量、揚(yáng)程參數(shù)及水泵運(yùn)行特性曲線，分別對(duì)1臺(tái)、2臺(tái)、3臺(tái)變頻方案進(jìn)行技術(shù)參數(shù)、年電費(fèi)及投資估算。各方案的運(yùn)行工況技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表4。

續(xù)表

從變頻數(shù)量經(jīng)濟(jì)比較(見(jiàn)表5)可以看出，變頻裝置越多，工程投資越多，年耗電量越少。1臺(tái)增為2臺(tái)，電費(fèi)減少較多，而2臺(tái)增到3臺(tái)，電費(fèi)遞減幅度降低，僅比3臺(tái)少28萬(wàn)元，因此2臺(tái)變頻裝置總費(fèi)用現(xiàn)值最小，為最經(jīng)濟(jì)方案，最終雙塔泵站采用2臺(tái)方案。

表5 變頻數(shù)量經(jīng)濟(jì)比較

雙塔泵站已建設(shè)完成并于2010年6月進(jìn)行了試運(yùn)行。對(duì)運(yùn)行工況進(jìn)行參數(shù)測(cè)定，根據(jù)測(cè)定值判斷運(yùn)行參數(shù)基本與計(jì)算值相符合，水泵降速運(yùn)行效率與相似工況計(jì)算值也基本一致。

結(jié)論：通過(guò)對(duì)雙塔泵站變頻方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析以及實(shí)際運(yùn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，在類(lèi)似雙塔泵站這種揚(yáng)程、流量變幅較大的泵站采用變頻調(diào)速裝置其節(jié)能效果是顯著的。特別最近幾年，隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，變頻裝置的產(chǎn)品質(zhì)量得到很大提高的同時(shí)，價(jià)位卻大幅滑落，不再是高價(jià)產(chǎn)品，其經(jīng)濟(jì)效益更為可觀，應(yīng)在類(lèi)似工程中推薦采用。但變頻裝置本身也是有電能損耗的，因此在工程中是否采用，應(yīng)經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)分析論證后確定。