变频 装置台数的配置是保证流量调节可靠性的关键。下面就其配 置的可行性、经济性及运行的合理性进行分析。 (1)3台泵并联调速运行结果如图1所示,当水泵转速降 至70%额定转速时,水泵运行效率均在其较优效率区内,对应 水泵最大和最小扬程时的流量为20.5-23.5m3/s。 3台泵并联运行流量(m3/s) (2)为达到进一步调节小流量要求,需采用2台水泵并 联调速运行见图2所示。水泵运行效率略降低,但运行区域内 靠近最低几何扬程的效率仍在85%范围内。水泵在70%额定转 速时的流量调至1 8.6m3/s,若要下调流量至1 7.5m3/s,转速需 下降至65%额定转速,此时泵的效率仍在较优效率区内,汽蚀 性能满足设计要求。 100.0 孽糌80,o 嵌60.0 v40.0 醛辗20.0 0.0 0—20.0 流量(ma/s) 2台泵并联运行(3)8台泵每4台(含1台备用)一组并联供一根输水管 运行,按减少1~2台变频装置进行匹配,由于定速泵的运行 限制了调速泵的调速范围,调速泵调节幅度小于10%,根据 供水排频,大流量输水几率较高,有些流量段将无法实现, 且配套电动机功率需加大到8000kW,水泵安装高程需降低 5.o￣5.5m,机电设备及土建投资加大,方案不合理。通过对水 泵运行工况分析,若减少变频装置数量,由于水泵性能的限 制,无法实现该工程所有流量段的连续调节。 惠南庄泵站全部配套变频装置可适应流量20~60m3/s调 节,水泵转速调节范围65%-100%可行,确保泵站安全、平 稳、高效运行。 5节能分析 该泵站为大型高扬程泵站,配套单机功率大,年运行时 间长,安全可靠、高效节能的运行模式是调水工程充分发挥 效益的关键。采用水泵变频调速运行,水泵流量、扬程和轴 功率与转速的关系:Q oc,lI Hoc刀2,蚰胛3,当流量Q下降 到80%额定流量时,供水单耗将降至工频状态的64%,节电率 理论上可达到36%。故降低转速调流,而降低供水单耗,在满 足南水北调全线供水不同时段流量变化的同时,节约大量能 水泵轴功率:N轴=ogOn/00007泵);调速运行时计算某一频率下的供水耗电量:吨水耗电=累计耗电/累计 流量;节电率=[(工频吨水耗电-变频吨水耗电)/工频吨水耗 万方数据电】100%。根据此三式进行能耗计算,按日供水216万m’, 单管25m3/s运行24/]、时与单管30m3/s运行20小时运行比较,单 管输水25m3/s采用3台泵调速运行与单管输水30m3/s采用3台泵 工频运行比较,调速运行理论上节电达30%。待工程正式投入 运行可根据机组实测值进行检验。 以上分析节电效果明显,降低转速调节流量,轴功率随 转速变化相对于流量变化更显著,且调速运行使永泵在较高 效率点运行,在流量调节范围内水泵调速运行降低能耗,改 善了设备运行工况,延长了设备使用寿命,并增加了工程调 水的灵活性,提高了供水可靠性,可取得较大的经济效益。 6国内水工业变频调速发展需求 (1)水工业领域的节能现状 目前,我国总电网负荷中,拖动各种设备的电动机耗电 约占60%,其中拖动风机、水泵的电机耗电量约占全国总用 电量的3l%,而这些设备中约有50%负荷的变化需要变工况运 行,而水泵运行有些还采用阀门调流,节流损耗大,造成能 源大量浪费。 多数供水工程的工况变化,一方面需要流量调节,是 目前多用户,大规模供水的特点;另一方面是工程项目中泵 站加压提水水位变幅大,需要水泵适应这两方面的要求。解 决的办法一是采用大小泵匹配来满足流量或水位变化,机组 台数增加,造成节电效果不理想,土建投资加大,且操作不 灵活,特别目前大型引调水工程不断增加,此方法不能满足 现代化泵站的供水要求。二是采用关阀调节,增加管道阻 力,此方法虽然简单,极不节能,且设备易损。针对此两种 情况,通过改变水泵转速实现调节,克服了对工程的不利影 响,其优点是水泵台数少,水量调节灵活性大,节电效果 好,但变频装置价格是制约工程采用的条件,有些项目只能 部分配套,近年随着电力电子技术、微电子技术及现代控制 理论的结合及国产大功率变频装置的发展,变频设备价格越 来越趋于合理。 水工业领域中目前广泛采用变频调速技术是给水、水 处理、排水工程等工艺提升的需求,也是节能减排的需求, 如大型引调水工程源水取水泵站、供水泵站进行流量水位调 节,给水处理厂站中调流降耗,城市污水排放泵站中用于污 水流量调节;污水处理厂曝气凤机风量调节,提升泵房的潜 水泵和脱水离心机用于软启动,城市楼字恒压变频供水等 等。变频调速技术的采用必须是科学、合理的,节能降耗要 有科学依据,首先要结合工程实际,在满足功能要求的前提 下,力求安全可靠、高效节能。 (2)水工业领域的节能措施 我国目前中、高压大功率调速电动机已广泛应用于供水 行业的大中型抽水泵站,在一定范围内控制机组的抽水量、 水压,高效运行,达到了节能效果。 在水泵调速中常用的调速设备有两种,一种是在电动 机和水泵之间加变速传动装置,电动机转速不变,实现水泵 的无级调速,主要有调速型液力耦合器和电磁转差离合器两 种,另一种是改变电动机的转速,主要有串级调速和变频调 速。在变频调速、串级调速、电磁转差离合器、液力耦合调 速等方式中,液力耦合器调速可无级调速,调速范围大,但 设备本身有能耗、效率低、占地面积大;电磁滑差离合器调 速存在转差损耗,低速运行时损耗大、效率低,调速过程中 电动机功率因数降低,产生高次谐波污染;串级调速调速范 围不大,有时需配合节流手段调节流量,增加损耗。变频调 速装置的动态跟踪性能优越,可实现无级调速,当输水流量 变化或上下游水位不能适应机组的高效运行时,调速设备能 动态调整机组的运行速度,使机组仍然运行在高效区。 7结语 惠南庄泵站采用大型水泵配套大功率电动机变频驱动, 既满足泵站大幅度流量调节的供水需求,同时又取得好的节 能效果。变频调速技术具有启动电流小、调速范围宽、稳速 精度高、动态响应快、节约能源等优点,因此,在水工业领 域推广采用变频调速技术,对变工况运行,提高运行的灵活 性、节能降耗具有重大意义。