摘 要： 本文着重介绍了郑州柿园水厂在送水泵站最佳节能方式探索中得到的经验。结果表明，采用变频装置调速后，不仅实现了电机的软启动，节约了维修费用，同时平滑调节管网压力安全生产，节约电费降低制水成本，使送水泵站成为名副其实的节能型泵站。
关键词：高压变频器 节能 运行方式
1．前言
柿园水厂担任了郑州市西部地区的重要供水任务，日设计供水量为40万吨。其三期送水泵房共有10台水泵机组，电动机功率分别是：550kW三台、560kW一台、400kW一台，380kW二台、355kW二台、220kW一台。目前变频技术在很多领域已广泛应用，自来水行业中新建成的水厂大都采用变频电机设备，它的特点是：提高水厂生产安全系数并有一定的节电作用。
2001年，总公司根据柿园水厂的实际情况在送水泵房投入使用了利德华福生产的两台高压变频设备，型号是：HARSVERT－A06/076，分别拖动3#号机组550kW电动机和8#号机组560kW电动机，并于同年8月7日投入向城市管网输水运行。经过多年运行，设备基本良好，效益显著。
2．变频器节能的理论依据
我们从水泵调节原理得知，当水泵拖动电机工频运行时，出力为额定值，转速及功率亦为额定值；当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变水泵的性能曲线，使水泵的额定参数满足工艺要求。根据水泵的相似定律，变速前后流量、扬程、功率与转速之间的关系为：
Q1/Q2＝n1/n2，H1/H2＝（n1/n2）2，P1/P2＝（n1/n2）3，
其中，Q1、H1、P1—水泵在n1转速时的流量、扬程、功率；
Q2、H2、P2—水泵在n2转速时相似的工况条件下的流量、扬程、功率。
假如，n2比n1降低1/2，则P2/P1＝1/8，可见，降低转速大大降低轴功率可达到节能降耗的目的。
3．两种变频调速给水系统运行方式的分析
目前水厂变频调速基本上都是通过给水系统管网上的压力传感器对管网的水压进行采样，将压力信号转换为电信号，并将其送至PID调节器与用户设置的压力值进行比较和运算，将结果转换为频率调节信号送至变频器。变频器根据传送过来的频率调节信号调整水泵电机的电源频率，从而实现调整水泵的转速。
变频调速给水系统根据水泵出口压力的变化情况可分为两种：变压变量给水系统和恒压变量给水系统。
3.1变压变量给水系统
变压变量给水系统的压力传感器设置在给水管网末端，PID调节器设定值为管网末端用户所需的服务水头值。系统通过自动调节使管网末端水压保持恒定，使管路特性曲线和系统静扬程不变，而水泵出水口压力则随着供水量变化依管路特性曲线而改变，故理论上实现了“系统需要多少，机组提供多少”，不会由于供水量的减小而产生多余的静扬程，节能效果满意。但这只是一种理想情况，且系统中仅有变频泵在单独工作。由于变频设备比较昂贵，大型给水系统往往采用变频泵与定速泵并联运行的方式供水。
现以系统中设置一台变频泵和一台工频泵并联运行为例。当管网流量减小时，需要扬程相应降低，变频泵可以通过减速运行实现。但为保证并联机组正常工作，工频泵扬程也必须相应降低，这只能通过增加流量实现，从而造成水量的漏失，且还可能导致工频泵离开高效段工作，即没有达到真正节能的目的。遇有以上情况，可以采取以下措施来改善其节能效果：
①对于小规模的给水系统，可以仅设一台变频泵，并使泵的高效区(其高效范围比工频泵运行时的范围要大)尽可能多地包括出现几率较大的工况点。
②采用多台泵调速运行。当然，由于变频调速装置价格比较昂贵，应综合考虑其经济因素而定。
③选择工频泵时，应使系统在最不利点工作时，工频泵的工况点尽量靠近其高效区左侧；如果最不利情况出现几率较小，可以使其稍偏离高效区，落在高效区左外侧。这样，当系统扬程降低时，工频泵仍可在高效区工作。
3.2恒压变量给水系统
恒压变量给水系统将压力传感器设在水泵机组出水口，旨在使水泵出水口压力保持恒定，一般设定为最不利工况时水泵出水口所需压力值。仍以一台变频泵与一台工频泵并联运行为例。当管网流量减小时，变频泵通过减速运行，保持扬程不变而减小出水量。由于出口压力不变，工频泵出水量不会改变(即运行工况不变)，仍在高效区工作，从而达到节能目的。需要指出的是，当系统所需流量变小时，水泵出水口压力(仍为最不利情况下系统所需压力)大于管路此时需要的压力，从而仍会在一定程度上导致静扬程的浪费。以下两种措施可以改善其节能效果：
①适当放大管网的管径，使管路特性曲线更趋平缓，但这会增加管网的一次性投资，需要和节能效果作综合经济比较。
②选择工频泵时尽量使每台泵的工况点落在高效区。
针对我厂的实际现状，高压变频器拖动单个机组的节能效果好；还是变频器拖动水泵机组和其他定速泵机组配合使用，再结合市区管网的节能效果好？从变频器投入运行后，我们一直在不断的探索。
4．最佳节能方式的探索
我厂对送水房的电机新安装了远传电度表后，实现了耗电量与供水量的同步计算机计量，为了摸清楚变频电机的具体节能效果，根据我厂的实际运行规律，在报请总公司领导和中调的同意后，进行了对比运行实验。我们分别用一台变频器闭环运行和其他定速泵配合；用两台变频器一个开环运行一个闭环运行和其他定速泵配合；在基本同样的供水量，同样的供水管网，分别试验多次，以下是这三种运行方式的千吨水电耗统计表：
