摘要：水厂泵站在为城市乡村提供生活、生产、工业用水的同时，普遍存在着一系列问题。其中，在水厂泵站的自动化控制过程中，最为突出和难以解决的问题是电力资源的消耗。低压节能技术实现的关键在于，在满足最大数量的用户及保障水压足够的情况下，实现自动化控制系统的最低压运行，以达到节约能源的目标。
关键词：电气自动化技术；水厂泵站；管控
1构建水厂泵站管控策略
1.1引入电气自动化技术
电气自动化是一种涉及范围极其广泛的应用技术，它既属于工程类又属于信息类，是有着这两者二合一的特性结合的一种技术。电气自动化技术是一门应用型十分强的技术，大部分企业的工业部门都会利用到这个技术。经济发展带动了工业发展，在发展过程中电气自动化技术也被相应的带动起来，并且应用到了工业部门，这使得这方面技术也得到了发展和提升。同时，电气自动化的设计离不开电气设备、计算机和网络通信技术等先进设备与技术的支持。
引入电气自动化技术，将提高取水量的净水量，取水泵的水泵工况水量由扬程将会改变，则改变后的水泵扬程可由公式（1）计算得出。
式中：H为扬程，m；p1、p2为泵进出口处液体的压力，Pa；C1、C2为流体在泵进出口处的流速，m/s；Z1、Z2为进出口高度，m；ρ为输送液体密度，单位kg/m3；g为重力加速度，m/s2。
通过引入了电气自动化技术，在生活方面，可以在一些高危方面减少人们的安全危险，避免在长时间疲劳期引起事故发生。在技术方面，对于复杂难以控制的技术可以更加灵活掌握，使用降低了工人的工作难度，节省了大量的劳动力，使工人在生产中逐渐变得轻松，技术中由于不恰当的操作或者环境原因导致的安全隐患，也提醒了引入电气自动化技术的必要性。
1.2确定水厂泵站与管控参数的逻辑关系
在工业的生产部门中，原料、半成品和成品大多都是液体，而将原料在制成成品的过程中，则需要经过复杂的技术过程，水厂泵站在这些过程中起到了一定的过度作用。其中水厂泵站的基本参数主要包括流量参数、扬程参数、转速参数、功率参数、高效参数5种。
流量参数，是指单位时间内泵提供的液体数量。有体积流量Q，单位为m3/s。有质量流量G，单位为kg/s。扬扬程参数是单位重量液体通过泵后所获得的能量。用H表示，单位为m。转速参数是泵每分钟的转数。用n表示，单位为r/min。
功率参数是原动机传给泵轴上的功率。用P表示，单位为kW，高效参数是泵的有用功率与轴功率的比值。用η表示。它是衡量泵在水力方面完善程度的一个指标。因此对于液体水泵时我们更多是选择用管控来表示水泵参数，其管控与扬程确定逻辑关系可用公式（2）表示：
式中：P为管控范围，Pa；ρ为介质的密度，kg/m3；g为重力加速度（9.8m/s）；H为扬程，m。
通过介质密度和重力加速度就可以初步估计出管控参数，从而进一步得知水厂泵站和管控参数的具体关系。
2实现水厂泵站的管控
2.1载入水厂泵站运行参数
泵站一般由多台水泵和管路连接等设施组成，这些组成部分分别有自己的特性，泵站运行时可能会由不同的组合，比如单泵运行组合或者多泵运行组合。在水网管中，一般较多使用单水泵组合运行，其流量与扬程曲线趋近于抛物线，更加方便计算，一般写成公式（3）所示：
式中：b为水泵扬程；xi为水泵流量；x为水泵内阻；y为水泵静态扬程；n为效率倍数；a为最后运行结果；以立式抽芯式800HDC-250为例，配用变频电动机型式为YL系列YL4502-8变频电机。根据以上数据来分析水厂泵站的运行效率，当日总供水量为71700m3连续运行，平均流量为71700÷24÷3600÷2=0.415m3/s，平均扬程为17m，根据公式得：
实现水厂泵站运行参数的确定，并对其参数进行载入，准备进行水厂泵站的管控。
2.2水厂泵站的管控
传统的水厂泵站的管控设施，使用的电机启动方式，需要根据电机功率的大小与变压器容量的大小、线路的远近来确定。因为居民用水量是一种动态变化，所以工作人员要时刻根据压力表来及时调节水泵机组的台数和阀门的开关来保证恒压，否则可能会出现压力过大，导致外水管爆破，或压力过少，导致用户的水量减小。
而现代的水厂泵站管控就很好的解决了这个问题，它通过电气自动化技术采用变频方式，根据外面的用水量或压力自动改变电机的频率，即改变电机的转速来达到恒定的压力，大大的改善了传统的管控中的不足之处。现代设计中的优势就是存在较大的灵活性，因此可以在运行过程中，有效避免运行风险和安全事故。
在泵站系统的工业参数，设备参数等情况下，采用小二乘法的理论找出管理设备的函数关系，运用联合泵的组的特定曲线拟合，找出一个最合理的耗能最小的运行搭配和调整速度方法，也就是所说的最优泵组配合法。我们把这个方法也叫虚拟组合法，用最小二乘法理论可以方便计算出“虚拟组合水泵”的特定方程和特定曲线，作为标准计算方法，找出“虚拟组合水泵”最高效率的适用范围。当“虚拟组合水泵”的工况点不在高效率区域内平稳运行时，控制系统可根据水泵调速进行管控和处理，实现基于电气自动化技术水厂泵站管控策略的研究。
3实例分析
为了对泵站低压节能技术软件和硬件的运行准确性进行判断，我们在山东青岛几家大型水厂泵站进行试点实验。试点实验主要分为实验参数的采集、相关参数的条件调整和实验对比结果的分析3部分进行。
3.1参数的边界调整
为了提高实际边界参数对于实验后的结果的对比性，我们需要对该低压节能软件和硬件的边界参数做出一定量的调整，使其结合实际的低压控制网络的特征，并获得评价更为精确的结果。
边界参数的调整主要包括：低压控制电机电压的调整、低压线路转换调整以及三相无功平衡调整等方面。
低压控制下的电机电压调整是依据泵站在最大承载力的情况下，稳定运行所消耗的最经济电压的区间。根据电力损耗的经验公式，依据实际电阻、电压的数值，可以确定出最佳电压区间（500-550VAC），此时电网的损耗将是最小的。调整后的电机电压参数输入低压节能软件中后，经过智能终端层的统计分析功能，找到该低压下的最佳配变档位区间，根据实际需求可以在该区间内调整不同情况下的最佳档位。
3.2实验结果分析
1）泵站自动化控制系统在安装了低压节能软件和硬件设备后，试点泵站的电力损耗平均降低9.8%，较传统的设备电力损耗有大幅度的降低，最大线性损耗较同期普通设备降低15%。在降低电力损耗方面，低压节能装置的节能效果十分明显。
2）安装低压节能装置后的泵站自动化控制体系的工作电压明显降低，较传统装置电压降低幅度达到了50%。工作电压的大幅降低，不仅降低了整个自动化控制的耗电量，还能够有效保障设备内电子元器件的使用寿命和可靠性。
3）在安装了低压节能装置后的泵站自动控制系统，由于其优化后的最小二乘法算法，使得整个系统处理分析等过程变得更快捷。所以，控制周期和线路切换的速度大幅度的缩减，并且基于智能技术的调节装置，还能够实现普通系统无法实现的无功率平衡调节功能。
结论
通过对水厂泵站自动化控制中的低压节能硬件设施和软件设施的技术分析，能够实现泵站自动控制下稳定的常规运行和操作，通过对低压节能技术设施的试点实验，充分验证了泵站低压节能技术的可行性，并且能够优化电压、流量和电机的平衡，降低稳定运行的电压，降低线性电力损失率，达到了降损、节能、减排效应的同步实现，社会效益也得到验证。
参考文献：
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[2]张红枝，陈金刚.低压变频调速电机的特点和变频调速节能控制应用[J].防爆电机，2018（01）：31-33.
论文作者:何国忠
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/10/31
标签：泵站论文; 水厂论文; 参数论文; 低压论文; 水泵论文; 扬程论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第22期论文;