高壓變頻器在供水車間的解決方案

　　1、 引言：

　　在泵站供水系統中,常常是多泵供應多個用戶，同時內部管路進行聯網，能做到互為備用。在設計初期多個用戶的用量是基本一致的。但經常有個別終端的用戶常會由于工況改變，工藝調整，供應面積變化等原因，其供水量會小于原設計的容量，這時就出現了用大泵往出輸送小水量的情況。

　　北京燕化公司動力事業部一供水車間的其中一路供水用戶的用水量較小,其總需求量不到水泵額定容量的三分之一。運行時檔板開度很低，在運行時泵壓較高，不但是電能浪費較大。同時用檔板調節時，由于其開度與流量的非線性特性，往往一個很小角度的調節，其流量就發生很大的變化。

　　在北京燕化公司動力事業部一供水車間附近，有一個小流量水渠，其地表流量與用量較小的用戶終端的使用量相近。在2004年，北京水務局從北京水資源的充分利用出發，要求北京燕化公司將這個小流量地表水利用上，以優化水網的資源調配。但是實際的供水調配時，由于其小流量地表水流量與用量較小的用戶終端的使用量相近，而泵的容量較大，用檔板調節時，不是供水量不足，就是將小流量地表水抽干，無法對其進行利用。

　　為充分利用珍貴的水資源和電力資源，北京燕化公司動力事業部一供水車間對3號泵進行調速改造，通過高壓變頻器能對轉速無級精密調節的功能，使大流的量3號泵能順利抽取小流量的地表水渠中的水滿足用戶終端要求而不出現抽空現象。

　　2、 燕化公司一供水車間3號泵參數與改造方案簡介：

　　(1)、燕化公司一供水車間3號取水泵參數：

　　名稱：離心式清水泵 型號：24SA—10A

　　揚程：39m 流量：2700 m3/h

　　允許吸上真空高度：4.8 m 轉速：730 r/min

　　功率：319KW 配用功率：360KW

　　生產日期：1975年5月 重量：4100Kg

　　生產廠家：長沙水泵廠

　　(2)、3號取水泵配套電動機參數：

　　名稱：異步電動機 型號：JS158-8

　　額定功率：380KW 額定電壓：6000V

　　額定電流：47A 環境溫度：35℃

　　轉速：740 r/min 絕緣等級：A

　　接法：星 重量：4100 Kg

　　技術條件：OAG.510.004 序號：750259

　　生產日期：1975年6月

　　生產廠家：湘潭電機廠

　　(3)、北京燕化公司動力事業部一供水車間3號泵取水網簡介：

　　在北京的頤和園水系中，有一路從燕山下來的小流量天然水道，其流量較小，平均僅在1000 m3/h左右，但是其水質較好，在匯入總水系前，其能作為優質水源而直接利用。

　　北京燕化公司動力事業部一供水車間3號泵的進口管道經過多管路的組合，即可以從主干渠中取水，宜可從小流量地表水渠取水。

　　在這種情況下，只好放棄對小流量地表水的應用。這樣不但是小流量的水資源白白的浪費，而且由于從主干渠取水的管道比從小流量地表水要長出近一倍多，又浪費了大量的電能，并占用了大量的管道資源。

　　(4)、北京燕化公司動力事業部一供水車間3號泵調速改造方案：

　　為充分利用水源資和節能增效，通過大量的分析與調查，確定利用高壓變頻器對電機速度調節精度高，輸出力矩穩定的特點，采用檔板全開運行，在低轉速下能實現小流量，低泵壓的精細流量輸出。故北京燕化公司動力事業部確定用變頻調速的方案可以使額定流量為2700 m3/h的離心水泵穩定輸出880m3/h的水量，達到利用小流量地表水為小水量用戶供水的目標。

　　北京市水務局于2004年12月份投資采用哈爾濱九洲電氣股份有限公司生產的高壓變頻調速裝置對3號泵進行改造。

　　3、 變頻調速節能的原理分析：

　　(1)、離心泵負載的相似理論

　　離心泵的流量，運行壓力，吸收軸功率這三個基本參數與轉速間的運算公司極其復雜，同時離心泵類負荷隨環境變化參數也隨之變化，在工程一般根據離心泵的運行曲線，進行大致的參數運算，稱之為離心泵類負載的相似理論：

　　Q / Q0 = n / n0

　　H / H0 = ( n / n0 )2( ρ / ρ0 )

　　N / N0 = ( n / n0 )3( ρ / ρ0 )

　　式中： Q -- 離心泵流量 H -- 離心泵全壓 n -- 離心泵轉速 ρ-- 介質密度 N -- 軸功率

　　離心泵流量Q與電機轉速n成正比。(Q∝n)

　　離心泵壓力H與電機轉速n的平方成正比。(H∝n2)

　　離心泵軸功率N與電機轉速n的立方成正比。(N∝n3)

　　⑴H—Q曲線：當轉速為恒定時，表示離心泵壓力與流量間的關系特性。

　　⑵N—Q曲線：當轉速為恒定時，表示離心泵軸功率與流量間的關系特性。

　　⑶η—Q曲線：當轉速為恒定時，表示離心泵的效率特性。

　　從中可以看出，離心泵的軸功率和離心泵壓力相交處即為效率最高點。

　　(3)、電動機容量的計算：

　　其中：

　　P ——離心泵電動機所需的輸出軸功率(kW);

　　Q ——離心泵流量(m3/s);

　　H ——離心泵壓力(kg/m2);

　　——傳動裝置的效率;直接傳動為1.0，皮帶傳動為0.9~0.98,齒輪傳動為0.96~0.98。

　　——離心泵的效率;

　　102 ——由kg•m/s變換為kW的單位變換系數;

　　4、結束語：

　　通過北京燕化公司動力事業部一供水車間的3號泵高壓變頻器調速改造，解決了大容量的離心泵在供水量與用戶量相值相近的小水量輸出情況的安全運行的難題。使 3號泵安全地運行于額定流量的1/3以下，并可以保持精確的流量調節,在不抽干小流量地表水的同時,保證的用戶終端的用水需求。

　　高壓變頻器的精確控制功能，可以使水泵工作于原來調節方式下無法達到的工況，在極小流量的情況下仍能精細的調節介質流量,這樣就能將大泵使用一些原先無法應用的小流量水源,這樣在節約大量電量的同時，同時充分利用了稀少的水資源。

　　在自主創新，占領世界科技高端的精神帶動下，具有自主知識產權的國產大功率與超大功率高壓變頻的技術不斷成熟，在中國的大型工業領域內的電動機調速應用越來廣泛，并開始進入原來由國外的高壓變頻器壟斷的領域。使高壓變頻器這種現代電力電子的高科技產品將在我國能源高效利用的領域得到更加廣泛的應用。