魏麗娟

(林甸縣林甸鎮(zhèn)人民政府水利站,黑龍江 林甸 166300)

?

論變頻節(jié)能技術(shù)在排水泵站改造中的應(yīng)用

魏麗娟

(林甸縣林甸鎮(zhèn)人民政府水利站,黑龍江 林甸 166300)

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升，人們的生活水平和生活質(zhì)量逐漸得到了保障。隨著資源和能源的浪費(fèi)越來(lái)越越嚴(yán)重，如今人們開始注重節(jié)能減排。其中電能作為如今應(yīng)用最普遍的能源之一， 應(yīng)該注重對(duì)其的節(jié)能。其中水泵設(shè)備年耗電量占據(jù)較大的比例。文章主要分析了水泵變頻器控制技術(shù)原理，闡述了變頻技術(shù)在排水泵站中的應(yīng)用，并針對(duì)變頻節(jié)能技術(shù)在排水泵改造中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和探討，以期通過降低水泵耗電量，促進(jìn)中國(guó)電能的節(jié)省。

關(guān)鍵詞：變頻節(jié)能技術(shù)；排水泵站；水泵變頻器；控制技術(shù)；節(jié)能原理

在如今的能源使用中，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。

1水泵變頻器控制技術(shù)原理

各個(gè)城市為了能夠控制城市內(nèi)電能的浪費(fèi)，均開始注重對(duì)排泵站進(jìn)行改造，使排泵站提升功能，起到節(jié)能作用。而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)上使用的交流電源的頻率50 Hz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 Variable Frequency(VVVF技術(shù))。如今我國(guó)主要采用微機(jī)控制實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的自動(dòng)增減速。

2變頻技術(shù)在排水泵站中的作用及節(jié)能原理

2.1變頻技術(shù)在排水泵站中的作用

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，如武漢市。而泰州高港泵站在經(jīng)過變頻可行性分析后，認(rèn)為其在電費(fèi)消耗方面可以節(jié)約50多萬(wàn)元，有效提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2.2變頻技術(shù)在排水泵站中的節(jié)能原理

根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，水泵的軸功率=流體重度×流量×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，因此可以看出，轉(zhuǎn)速的變化也對(duì)水泵的軸功率產(chǎn)生影響。如通過變頻調(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[1]。

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，可以通過設(shè)置5 000 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。

注重變頻自帶軟啟動(dòng)功能的運(yùn)用，當(dāng)電機(jī)處在加速中，應(yīng)該通過提高頻率和電壓的方式，將啟動(dòng)電流控制在額定電流1.2～1.5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)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。

另外還需要注重提高功率因數(shù)節(jié)能，當(dāng)定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組通過電磁作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生力矩，而電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，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。

3變頻節(jié)能技術(shù)在排水泵站改造中的應(yīng)用

文章主要針對(duì)某地區(qū)排水泵站進(jìn)行了分析和探討，其主要有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)給污水處理廠輸送污水，另外一個(gè)主要是備用。如圖1所示，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)際使用過程中，軟啟動(dòng)器存在故障問題多，維修困難等問題。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。

圖1　排水泵站機(jī)組電氣一次示意圖

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，能夠有效滿足排水泵站當(dāng)前的需求，還能夠促進(jìn)其后期的發(fā)展。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，環(huán)保和節(jié)能是如今人們最重視的問題，其中電動(dòng)機(jī)消耗電能過多，如果實(shí)現(xiàn)對(duì)其的節(jié)能降耗，則能夠有效保障我國(guó)電能的節(jié)省。通過上述分析可知，將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在排水泵站中，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)行和工作，因此我國(guó)需要注重推廣變頻技術(shù)的使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]高洪斌.變頻調(diào)速恒壓供水控制技術(shù)在泵站節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2013(06):62.

中圖分類號(hào)：TU992.25

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

[作者簡(jiǎn)介]魏麗娟(1974-)，女，黑龍江林甸人，工程師。

[收稿日期]2015-09-28

文章編號(hào)：1007-7596(2016)01-0109-02