（淮安市水利勘测设计研究院有限公司 江苏淮安 223005）
摘要：变频调速适用于多种水泵的调速，特别对于低转速低流量区域运行较多或起停频繁的水泵更显出优越性。这一技术还适用于大型水泵的起停装置，用以实现电动机的软起动，减小起动损耗，避免对电网的冲击，因此也是越来越受到重视。基于此本文分析了变频装置在中小型泵站中的应用。
关键词：变频装置；中小型泵站；应用
1、概述
随着城市建设的不断发展，新的工业区不断涌现，居民的居住也愈发密集，小区及高层建筑越来越多，管道的恒压供水系统愈来愈广泛。在广袤的乡村，随着国家着力打造与实施的农村饮水安全工程，也涉及到长距离管道供水的安全运行等事宜，因此对城乡管道供水的安全保障也提出了更高的要求。在以往的管道供水设计及选型中，大都是采用传统的水塔、高位水箱、气压增压等设备进行供水，这些设备不仅维护量大，投资多，占地面积大，还使得能量浪费严重，而且还不能满足工业、消防及居民小区等不断变化的用水量的要求，更达不到高效和节能的要求。因此，寻求一种有效、可靠、经济的方法来实现流量或压力的调节，从而使水泵始终处于高效工作，并能提高泵站的各项技术经济指标，达到节能的目的显得尤为重要。而变频装置通过对电气设备的闭环控制要求，正好能够满足机组启停与过程调节的使用要求，在工程的实践中得到了愈来愈多的应用。
用于水泵调速的变频装置主要有交一直一交式电压型，电流型和脉宽调制型三种。变频调速的特点有:
(1)由于变频器设有过流、过压、欠压，变压器过负荷，防人身触电保护，因此其防误性能高，安全性能高。(2)泵站机组起动时，往往会引起很大的冲击电流，影响电网的正常运行。变频调速则可以通过变频，改善起动特性，减少电网冲击。(3)无附加转差损耗，效率高，调速范围宽。传统泵站的调速措施，效率低，调速范围较小，经常调不到所需的功率。变频调速则可以改善这一不足。(4)特别适合于起停运行频繁的泵站。由于供(排)水泵站的使用时效不同，水泵的流量，也要根据水量的需求进行不同在变化，因此需要频繁地调节带动水泵的电动机的输出功率，变频调速正好能满足这一要求。(5)减少了机械振动和磨损，提高了运行的可靠性。(6)技术复杂，价格较高，品种多，选择的余地大。
2、变频装置在中小型泵站中的应用
某水司XC水厂设计供水能力30万m3/d，远期规划70万m3/d。目前二级泵房安装有4台卧式离心泵，水泵额定参数均为Q=5400m3/h，H=43m，配套电机均为6kV高压电机，额定功率900kW。其中两台水泵采用了变频调速，配置了6kV高压变频器。图1为泵房电机安装变频器的系统示意图。
图1变频器系统示意图
通过调速改变水泵扬程和压力的原理：Q1/Q2=n1/n2、H1/H2=（n1/n2）2、Pa1/Pa2=（n1/n2）3若转速下降20%，则功率下降到51.2%，若转速下降50%，则轴功率下降到12.5%。即使考虑调速装置本身的损耗等因素，其节电也是相当可观的。在泵房供水系统中，采用变频调速、微电脑控制器及逻辑控制元件可以实现管网恒压变量供水，如图2所示。压力传感器装于泵房出口管网上，用于检测管网水压。压力设定值与所测管网压力在调节器中进行比较，其误差信号作为变频调速的速度给定。变频调速器输出频率可变的电压给水泵电机，使水泵转速相应变化，以保证管网压力恒定。
图2变频调速恒压供水系统
3、使用中应注意的问题
（1）电机和水泵效率问题不容忽视，电机和水泵效率在调速后会下降3%~10%，而转速调整不是无止境的，比较经济的范围应为额定转速的75%～100%。
（2）变频器在进行频率变换和控制过程中同样需要消耗电能，与工频时相比，电机使用变频器后增加电流最高约10%。在实施之前，要认真做好基础资料的收集和分析，根据水泵特性曲线和管路特性曲线，确定变频器的型号、功率。如果调速范围太小，即实际的水泵扬程、流量需要调整的范围过小，其节约的电能不足以补偿变频器所消耗的电能，就没有实际的意义。
（3）如果区域供水的日变化系数和时变化系数较大，在使用变频器的同时，还需要考虑用多台不同流量的机泵，或多台水泵并联组，根据流量和压力变化进行自动切换，以满足不同时段用水变化需要，并且使水泵和变频器都处于高效率运行状态。
（4）变频器的功率选择应根据最大流量和最重负荷情况下的功率值确定，留有足够的安全余量。应考虑谐波、噪声、振动等因素对周围环境的影响，做好防雷和接地工作。应注意变频器的使用环境，注意防尘，避免堵塞通风和散热系统，而烧坏变频器。
（5）在压力变送器取样点设置时应注意，不要距离水泵出口管路太近，以免压力波动太大。
（6）当选用变频装置控制电机来拖动水泵的运行时，其配套的电机应优化选用变频电机，以避免因电磁反应而引起温升加剧、绝缘下降及效率低下等电机性能上的不足。
众所周知，泵站是给排水系统中一个必不可少的部分，它在其中经常起到一个承上启下的作用。由于泵站的运行成本是巨大的，它的能耗量在整个供水成本中，也占有着很大的比重，因此进一步加强对其运行工况及使用要求的研究很有必要。
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论文作者:李洪发
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/4
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