溫州污水處理廠 王建軍
上海飛州電器公司 管留生
[摘 要] 本文介紹了變頻器和軟啟動器在城市供水中應用的優(yōu)越性和節(jié)約效果。
[關鍵詞] 變頻器 軟啟動器 應用 優(yōu)越性 節(jié)約效果 某山區(qū)小城，僅有日產(chǎn)1.5萬噸自來水的小水廠，供該城市區(qū)10萬居民的生活及城內(nèi)企業(yè)之用水，十分緊張。春夏季節(jié)繞城河里有水，居民可自行在河中取水和洗滌，一到秋冬季節(jié)，河道干涸，河床朝天，用水就成了大問題。水廠只得實施定時放水：早上5:00 ~ 7:00，下午16:00 ~ 19:00，給水站前排起了長龍，為了水曾發(fā)生斗毆，甚至于命案。為了解決居民用水問題，市府立項“民心工程”——建一座日產(chǎn)10萬噸自來水的水廠，深受市民歡迎。
此處僅討論與水廠水泵有關的變頻器和軟啟動器的應用情況，排除了自來水制造的工藝流程問題。
水廠共三口取水井，廠內(nèi)一口，廠外二口；廠外二口取水井分別距水廠3km和5km，井深均為200m。三口井的日出水量分別為1.5萬噸、4萬噸和6萬噸，所有水泵配備的電動機均為籠型異步電動機，其功率分別為75kw一臺、180kw二臺和320kw二臺。
水廠的成品水通過二泵房送至供水管網(wǎng)，二泵房共有五臺泵，均配備籠型異步電動機，容量為180kw三臺，320kw二臺。
我們僅關心電器設備的控制及作用，并不計及城市供水管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。
由于這是一個新老結(jié)合的管網(wǎng)，它由新老二部分組成：新城區(qū)和省級經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)是新管網(wǎng)，它采用壓力泵調(diào)節(jié)水壓的供水方式；老城區(qū)則為老管網(wǎng)，它采用高位水塔維持供水壓力的方式，并且還有二個標高，1#蓄水池（水塔）標高900m，給老城較高地區(qū)的居民區(qū)供水；2#蓄水池（水塔）標高860m，給老城較低地區(qū)的居民供水。它們分別由1#泵站和2#泵站給其注水，分別距水廠2.8km和1.2km，所有水泵電動機亦均為籠型異步電動機。1#泵站的二臺水泵電動機功率分別為55kw和90kw，2#泵站的二臺則為135kw和180kw。
水廠的其它電氣設備容量都較小，況且計量泵和攪拌泵都隨主機帶上了變頻器，故不予考慮。
軟啟動器和變頻器特別適合于城市供水系統(tǒng)是基于以下三點：
首先，軟啟動器和變頻器對提高供水系統(tǒng)技術性能指標：在調(diào)壓式供水系統(tǒng)中，適當分配軟啟動器和變頻器的數(shù)量和功率，用軟啟動器作為主要供水電動機的驅(qū)動裝置，用變頻器作為供水壓力的調(diào)節(jié)裝置。根據(jù)自動調(diào)節(jié)原理，我們把供水壓力U作為調(diào)節(jié)量，供水量作為擾動量f構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，工作原理如圖1。
 此處對象就是水泵，當供水系統(tǒng)的擾動（供水量）f增大時，供水壓力U下降，給定值Ui與其差值DU增大，使水泵轉(zhuǎn)速提高，直至接近供水壓力U的給定值Ui。反之，當擾動量（供水量）f降低時，DU下降，使水泵轉(zhuǎn)速下降。這樣，不管系統(tǒng)供水流量大小如何變化，供水的壓力U始終維持在給定（壓力）值Ui的附近。
其次，使用軟啟動器和變頻器可使水泵按系統(tǒng)需要實現(xiàn)軟啟動和軟停止，這些可以避免突然啟動對管網(wǎng)和閥門及其它供水設備的沖擊，同樣也可避免水泵突然停止時的水錘效應，減少了供水設備的疲勞損壞和檢修工作量，延長了使用壽命。
第三，使用軟啟動器和變頻器可節(jié)約投資和電能，降低自來水生產(chǎn)成本。
節(jié)約電能降低生產(chǎn)成本是無人懷疑的，節(jié)約投資就不然了。實際的情況是：在電網(wǎng)上直接啟動電動機，其容量不得大于電網(wǎng)容量的15 ~ 20%，選用軟啟動器和變頻器后可把變壓器的容量下降至傳統(tǒng)驅(qū)動方式時的40 ~ 50%。我們這次是這樣做的；1#取水井的變壓器由1600kvA降至800kvA；2#取水井的變壓器由1000kvA降至400kvA；1#泵站的變壓器由500kvA降至160kvA；2#泵站變壓器亦由1000kvA降至400kvA。加上水廠內(nèi)的1600kvA變壓器，整個供水系統(tǒng)的變壓器容量由原來的為5700kvA降至3360kvA，降低了變壓器容量2340kvA，節(jié)約設備投資30萬元，基本電費65萬元，同時降低了搬運和安裝費15萬元，線路架設費10萬元，共計節(jié)約120萬元之多，彌補購置變頻器和軟起動器之差價還略有剩余。此外還減少無功補償容量3500kvaR，節(jié)約投資60萬元有余。
節(jié)能有三個方面：一是軟啟動器較傳統(tǒng)直接啟動節(jié)約電能7 ~ 8%；二是變頻調(diào)速可取消檔板流量調(diào)節(jié)裝置，直接實施供水流量調(diào)節(jié)，可節(jié)電40 ~ 50%；三是采用變頻調(diào)速，實施調(diào)節(jié)水壓供水方式較高位水塔維持水壓供水的方式節(jié)能20 ~ 30%，因為在后者供水方式中，高位水塔中水的勢能在使用時被白白地浪費了。
鑒于變頻器的商業(yè)價格通常為軟啟動器的3 ~ 4倍，因此必須堅持慎重選用變頻器，以期物盡其用。我們選用的最終結(jié)果是：1#取水井75kw變頻器一臺；2#取水井180kw軟啟動器二臺；3#取水井320kw軟啟動器二臺；1#泵站55kw變頻器一臺、90kw軟啟動器一臺；2#泵站135kw變頻器一臺、180kw軟啟動器一臺；二泵房320kw變頻器一臺、320kw軟啟動器一臺、180kw軟啟動器三臺。一年運行的節(jié)電效果如下：1#取水井節(jié)電22萬千瓦時，2#取水井節(jié)電20萬千瓦時，3#取水井節(jié)電35萬千瓦時，1#泵站節(jié)電23萬千瓦時，二泵房節(jié)電160萬千瓦時，共計一年節(jié)電305萬千瓦時，僅節(jié)電一項可使每噸水的生產(chǎn)成本下降0.1元，相當于每年節(jié)約電費365萬元。
同時，供水的技術指標有了大幅度的提高，供水壓力的波動度降到±1.5Pa�？煽啃蕴岣叩�99.5%。
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