水厂变频调速技术节能效果分析.docx

水厂变频调速技术节能效果分析变频调速技术 配水单耗（kWh/km3 • Mpa） 节能1引言水厂用电负荷主要为一、二级泵房的水泵电机，在一般常规水工艺处理的水厂中，这两个单 体的电气设备约占水厂总用电量的70%以上（山地水厂除外）因此，对一、二级泵房内的水 泵电机进行合理配置，同时根据需水量变化，优化运行，对于降低水厂的能耗起着关键作用变频调速技术是目前水厂中普遍采用的根据水量变化进行优化运行的一种方式由于水厂一、 二级泵房内水泵的机械特性是变转矩负载，功率与转速成三次方关系，通过改变电源频率，调节 转速，可改变转矩和功率，符合水厂运行工况，理论上节电效果显著但在实际工程中，由于存 在复杂的管路系统、多台水泵并列运行、运行工况随时变化等多种因数，变频调速技术的节能效 果到底如何？为此，对南京自来水公司属下的水厂进行了变频调速节能效果的调研和分析2基本情况南京水司目前自来水生产能力已达210万m3/d，为国内十大自来水公司之一，拥有5座大型 净水厂，分别为城南水厂、北河口水厂、城北水厂、上元门厂和浦口水厂浦口水厂地处长江以 北，为独立的管网系统，另外4座水厂均位于长江以南，管网系统相互连通，运行情况复杂。

截 至2008年10月，各水厂一、二级泵房内水泵机组配置如表1所示3变频运行效果由于各水厂一、二级泵房的水泵机组均没有配置单泵流量仪，无法得到单泵能效考核必需的 流量数据，因此，不能对每台变频水泵进行定量的节能效果分析故以各水厂一、二级泵房为分 析单元，采集该单体在装设变频调速装置前、后一个时段内的相关运行数据，进行分析处理，通 过对配水单耗、开泵次数、年节约电量、年节约运行费用等指标的对比，确定其变频节能效果根据各水厂提供的一、二级泵房增设变频装置前后一个时段内（以一个月为时间单位）电量、 水量、配水单耗、开泵次数等运行数据，其节能效果汇总于表2水厂二级泵房增设变频装置前后运行数据对照表如表3所示表1各水厂一、二级泵房内水泵机组配置42二峨M尚a5口克戒厂4*n•it胃口 ISM厂n1二U如S4BU津厂542湛臼*厂L2上派门隼「•:常厂者尊剥HT 9*>b4isn* 厂「第「一 nifN，4.二够甄苗4A上 hr i21-i ■i1表2水厂一级泵房增设变频装置前后运行数据对照表tW31W+：kUt Km1 Mun网网 1 m制配乎#佻即!：$性I4 ♦3"F珍勇（位;171 LI-月开虹依目□-£表3水厂二级泵房增设变频装置前后运行数据对照表蜀椎乌岷平9; kWh/ Mr11J 110440-453JI开此次ftI-1Khri33I.7B「*-SS7-St4结论分析根据上表，各水厂增设变频调速装置后，一、二级泵房配水单耗均有不同程度的下降，节约 了部分电量及运行费用。

因此，变频调速装置应用在水厂一、二级泵房是有节能效果的，相比较 而言，水厂一级泵房配水单耗下降明显，配水单耗平均下降了 12.7%；水厂二级泵房配水单耗下 降幅度不大，平均配水单耗下降3.2%，但由于二级泵房单机容量较大，节约能耗的绝对值亦较 可观在开车次数方面，除了北河口水厂新二级泵房由于作为调峰水厂，开车次数增加以外，其 余一、二级泵房水泵机组开车次数均有不同程度的下降经过对各水厂一、二级泵房水泵机组运行情况的调研，变频器运行效果，主要是以下几个方 面的原因产生的1） 各水厂一级泵房水泵额定设计扬程在13m〜20m之间（除城北水厂外），而水泵经常运行 扬程为10m左右，水泵扬程调节范围占总扬程比例较大，且一级泵房流量相对较高在这种情 况下，采用变频调速就能取得相对较好的节能效果同时也有利于调配水泵间流量的搭配，满足 各条生产系列运行水量的要求，便于生产管理2） 目前南京水司供水量变化不大，基本维持在设计总规模60%左右现有供水系统调度模式 能基本能满足供水现状需求，且调度方便、运行稳定，各水厂二级泵房的运行工况较少，出厂压 力变化不大，即使高峰和低峰时压力差也就在8m左右，且清水池运行水位变化也不大，加上变 频调速为开环控制，人为设定频率值，因此，二级泵房变频调节范围普遍不宽（占总扬程比例较 小）。

根据各水厂所提供的运行数据，各水厂变频泵实际运行频率基本在43Hz左右，即相当于 额定流量的86%采用变频调速的前提是安全运行，在管网压力变化不大的情况下，没必要将 水厂出厂压力进行较大的调整而且由于二级泵房水泵扬程高，单机功率大，因此节省的电耗绝 对值相对可观3） 变频装置本身也存在一定的能耗（主要存在于功率模块上），品牌较好的变频器运行能耗 在2〜3%左右另外，变频调速装置需要配备一套辅助设备，包括散热装置、空调、控制系统 等，这些设备也会消耗一些电能通常变频器本身加辅助设备的总体能耗约为5%这部分能耗 也是比较可观的，尤其在变频调速范围不大的运行情况下4）由于各水厂基本采用恒压变流控制模式，而没有采用变压变流控制模式，限制了变频器的 节能效果供水运行曲线示意图如附图所示附图供水运行曲线示意图恒压变流供水模式即通过控制变频器，无论流量如何变化，保持泵或管路出口扬程不变图中， H0-A0为管网特性曲线，H-M为定速泵特性曲线，H'为恒压目标值当管网需水量降低，即由 Qmax降到Q1，若不采用恒压供水，则水泵工作点沿H-M移到D点，而采用变频恒压控制，工 作点将沿着H'线平移由于水量的减少，管网的水头损失降低，使得管道特性曲线发生变化， 变为H1-M1，采用变频控制后，水泵特性曲线变为H1-1-M1-1，并和H'线、新管网特性曲线交 于B点，可节约D-B段能量。

若采用变压变流供水，即以管网最不利点的压力作为供水标压力值，保持管道特性（H0-A0曲线） 不变，则水泵工作点将沿H0-A0曲线移动当水量为Q1时，水泵特性曲线变为H1-2-M1-2，并 和管道特性曲线H0-A0交于C，故还有一部分富裕能量，图中B-C段，理论上可达到最大限度 节约能量由于实际城市管网情况复杂，特别是大型城市水厂的二级泵房和复杂的城市管网相连，要确定管 网最不利点压力是非常困难的，而且随着城市的发展，供水管网又不断地在改造变化，要模拟管 网的管道特性曲线更难，故绝大多数水司从安全保供的前提出发，多采用恒压变流供水，因此， 在一定程度上限制了变频调速装置最大效能的发挥5变频调速技术在水厂的适用性虽然由于多种原因，变频调速装置没有在水厂节能中发挥最大效能，但是水厂一、二级泵房 采用部分变频调速装置还是合理与必要的，主要表现在以下几个方面：（1）采用变频调速装置符合国家节能政策要求该技术是《中国节能技术政策大纲》中重点推 广应用的高效节能设备之一大纲明确指出“发展、推广高效率泵类设备；开发使用与变频器结 合的可进行流量调节的恒流量、变扬程特性水泵，替代水阀进行流量调节；发展、推广变频调速 技术与装置及内反馈斩波调速技术与装置”。

2） 变频调速装置符合供水行业用电设备的运行特点水厂一、二级泵房基本采用卧式离心式 或轴流式水泵，其机械特性是变转矩负载特性，转矩与转速的平方成正比，功率与转速的三次方 成正比，通过改变电源频率，可以调节转速，进而改变转矩和功率，符合水厂运行工况要求3） 采用变频调速装置起到了一定的节能效果通过对南京自来水公司水厂的运行数据分析， 一级泵房装设变频装置后，总体配水单耗下降12.7%，即用电量下降了 12.7%，节能效果还是非 常显著的二级泵房在装设变频装置后，总体配水单耗下降了 3.2%，也有一定的节能效果4） 便于公司、水厂生产运行和调度管理变频调速本身具有显著优点，比如调速性能优良、 效率高、功率因数高，系统成套性完整等优点水厂一、二级泵房采用变频调速装置能方便、准 确地进行压力控制调节，给公司运行管理和调度带来了极大的便利5） 延长机电设备的使用寿命，减少当班运行操作的工作量变频调速装置均具有软启动、软 停车功能，一方面可以降低电机启动时的冲击电流，降低电压降，减少对其它电气设备的正常运 行的影响；另一方面变频装置的软启动和软停车功能，可以很好地保护水泵电机，延长使用寿命 通过数据对照分析，采用了变频装置后，除个别水厂特殊原因外，绝大部分一、二级泵房水泵开 车操作次数大为减少，比如城南和浦口水厂二级泵房，开车次数下降到原来的一半以下，有效地 延长水泵电机寿命，同时减少了工作人员的运行操作工作量。

6） 随着电力电子技术的飞速发展，变频器的制造成本在不断降低，用户已不仅仅局限于在国 外几家品牌公司选择，国内的变频器制造业也迅速发展、壮大，其产品质量接近或达到了国外公 司水平，且设计更符合国内的需求，使水厂用户有更加广泛的产品选择余地6结束语目前，在国内供水行业中，变频调速装置已经被大量广泛地采用根据调查资料，全国绝大 多数供水企业的一、二泵房采用了变频调速装置，水泵电机单机容量从200kW到5000kW供 水行业的调速技术已经进入了变频调速时代当然，变频调速装置本身也有一定耗能，在节能潜力不大的场合，这部分能耗就显得相对突 出因此，选用变频调速装置应以水厂定速水泵合理配置为基础，以满足供水压力、流量等要求 为前提，全面分析变频调速水泵运行条件和工况，并充分考虑到变频泵和定速泵并联运行时定速 泵高效范围对调频幅度的限制在此基础上，确定经济合理的变频调速方案，以取得预定的节能 效果和安全供水的目的袁丁更多请访问：中国自动化网（）。