吳萬(wàn)森

摘要：近幾年，我國(guó)大力推行節(jié)能減排的政策，水廠作為耗能大戶(hù)，也成為了節(jié)能的實(shí)驗(yàn)對(duì)象。在所有行業(yè)中，水廠的耗電量可占總耗電量的75%～85%，可見(jiàn)，減少水廠的耗能是非常必要的。本文主要闡述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)水廠對(duì)節(jié)能的研究狀況，并以公司某某水廠為例，分析了低壓變頻技術(shù)在水廠利用的利與弊，探求更有效的節(jié)能方法。

關(guān)鍵詞：節(jié)能減排；低壓變頻；技術(shù)

引言：作為一個(gè)能源大國(guó)，我國(guó)雖然富含豐富的資源，但仍舊面臨著能源枯竭的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。電廠、水廠等作為民眾不可或缺的一部分。其中水廠的水泵電動(dòng)機(jī)的耗電量是整個(gè)水廠供水系統(tǒng)耗電的主要組成部分，水泵電動(dòng)機(jī)的電費(fèi)占總電費(fèi)的95%左右。因此，在能源緊缺的今天，對(duì)于水廠來(lái)說(shuō)，如何改善水泵電動(dòng)機(jī)的耗電量、提高運(yùn)作效率才是廣大水廠提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

1、水廠用電情況

在水廠中，取水泵和配水泵成為耗能最大的兩部分。根據(jù)相關(guān)水廠反應(yīng)，除了取水頭、反應(yīng)池、沉淀池、消毒間、加藥間和管道等設(shè)備耗電量低，原水泵房、濾池（內(nèi)有電機(jī)與水泵）、清水泵房、自控設(shè)備等設(shè)備耗電量較大，可見(jiàn)若要控制能耗，重點(diǎn)應(yīng)放在泵房。圖一為水廠水處理系統(tǒng)的流程圖。

圖一

2、節(jié)能方法

2.1變頻器節(jié)能

變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。當(dāng)電機(jī)不能滿(mǎn)負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過(guò)調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸出功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門(mén)的截流過(guò)程中。

2.2功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能

無(wú)功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無(wú)功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無(wú)功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

2.3軟啟動(dòng)節(jié)能

電機(jī)硬啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過(guò)高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大量電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門(mén)的損害極大，而利用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開(kāi)始，最大值也不超過(guò)額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門(mén)的使用壽命。

3、低壓變頻器的技術(shù)原理

調(diào)速就是在同伊 負(fù)載下能得到不同的轉(zhuǎn)速，以滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程中的要求。在討論變頻器調(diào)速時(shí)，首先研究公式：n=（1-s）n0=（1-s）60f1/p（1），其中：n為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，n0為電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，s為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，p為電動(dòng)機(jī)繞組的極對(duì)數(shù)，通過(guò)上述公式表明，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由三種可能：

A.變極調(diào)速

B.變頻調(diào)速

C.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

圖二為水廠變頻控制系統(tǒng)。

圖二

4、應(yīng)用實(shí)例

某某水廠，在我公司起著不可或缺的作用。其耗電量主要是消耗在水泵上，而耗電量直接影響到公司的經(jīng)濟(jì)效益，為了保障公司的利益，公司就規(guī)定了水泵的最高耗電量。該公司采用了低壓變頻技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，將耗電量與使用低壓變頻技術(shù)之前進(jìn)行比對(duì)，觀察該技術(shù)的是否會(huì)有降低耗電量的成效。

某水廠泵房共安裝了四個(gè)水泵，其詳細(xì)情況見(jiàn)表一。

項(xiàng)目

名稱(chēng) 流量（m3/h） 額定電流（A） 轉(zhuǎn)速（r/min）

電機(jī)一（132kw/0.38kV） 486 237 1486

電機(jī)二（132kw/0.38kV） 486 237 1486

電機(jī)三（132kw/0.38kV） 486 237 1486

電機(jī)四（132kw/0.38kV） 486 237 1486

電機(jī)五（55kw/0.38kV） 162 110 1486

電機(jī)六（55kw/0.38kV） 162 110 1486

表一

根據(jù)時(shí)間段的不同，可從一天中分出早高峰、午高峰、晚高峰三個(gè)用水高峰期。為了減少耗電量，水廠一般會(huì)在高峰期使用兩臺(tái)水泵，且均為132kw的水泵，若在用水低潮時(shí)，一般只使用兩臺(tái)55kw的水泵。選用的水泵要在額定電壓內(nèi)，保證水的正常供應(yīng)。現(xiàn)將每臺(tái)水泵都安裝一個(gè)低壓變頻器，以其中的電機(jī)一為例，觀察在使用低壓變頻技術(shù)前后耗電量的情況。各時(shí)間段在使用低壓變頻技術(shù)的用水耗電量比較見(jiàn)表二。

項(xiàng)目

名稱(chēng) 使用時(shí)間（h） 耗電量（kwh）

安裝低壓變頻器前 24 6845

安裝低壓變頻器后 24 4528

表二

根據(jù)公式，可計(jì)算電機(jī)一的節(jié)電率：（6845-4528）/6845×100%=33.85%，可知，電機(jī)一在使用低壓變頻器后，節(jié)電率明顯提高。

5、低壓變頻器的使用問(wèn)題

在使用變頻器的過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題。其中一般可分為兩類(lèi)：一種是在運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)的自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象，并伴隨著一定的故障顯示代碼，其處理措施可根據(jù)隨機(jī)說(shuō)明書(shū)上提供的指導(dǎo)方法，進(jìn)行處理和解決。這類(lèi)故障一般是由于變頻器運(yùn)行參數(shù)設(shè)定不合適，或外部工況、條件不滿(mǎn)足變頻器使用要求所產(chǎn)生的一種保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象；另一類(lèi)是由于使用環(huán)境惡劣，高溫、導(dǎo)電粉塵引起的短路、潮濕引起的絕緣降低或擊穿等突發(fā)故障。具體表現(xiàn)為：

5.1主控電路故障

主要包括主板，電源板，逆變器，濾波電容等主控電路損壞。

5.2冷卻直流風(fēng)扇故障

風(fēng)扇屬于易損件，工作壽命在2～5年，但是因?yàn)樽冾l器種類(lèi)繁多，功率大小不同所以?xún)?nèi)部直流風(fēng)扇額定電流不同而不通用，部分風(fēng)扇損壞后因?yàn)槿狈浼o(wú)法及時(shí)更換。

5.3外圍控制器件故障

變頻柜內(nèi)變頻器本身無(wú)故障，但外部控制電路系統(tǒng)發(fā)生故障。由于使用年限較長(zhǎng)，且控制電路又比較復(fù)雜，既沒(méi)有電路圖，又沒(méi)有線號(hào)，線路多而且復(fù)雜，給維修造成不便。

5.4散熱不良

變頻柜設(shè)計(jì)不合理，內(nèi)部過(guò)于狹窄，散熱通風(fēng)效果差，導(dǎo)致散熱不良。部分變頻器工作環(huán)境比較惡劣，風(fēng)塵及沙土集聚較多，嚴(yán)重影響了變頻器的正常運(yùn)行，甚至造成停機(jī)故障。變頻柜 散熱導(dǎo)流風(fēng)扇屬于易損件，壽命一般在2年左右。

6、結(jié)論

隨著時(shí)代的發(fā)展，各種工廠與居民的用水量急劇增大，各個(gè)水廠的耗電量也升高。為了提高各水廠的效益，如何減少耗電量是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。由于低壓變頻技術(shù)的廣泛利用，低壓變頻器也成為了各個(gè)水廠的節(jié)能選擇。其有投入少、占地面積小、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，且經(jīng)過(guò)以上對(duì)低壓變頻器的節(jié)能研究，可見(jiàn)，其節(jié)能功效也是不容小覷，值得各個(gè)水廠廣泛使用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張玉林，劉志梅，劉國(guó)藩，孫藝夫，劉漢玉，變頻調(diào)速節(jié)電技術(shù)在自來(lái)水廠的應(yīng)用[J].節(jié)能.2004-07-15