变频调速恒压供水系统在住宅区供水中的应用

王建民
(陕西烽火通信集团有限公司 能源动力公司，陕西 宝鸡 721006)

　　摘要：通过在住宅区供水系统中采用变频调速恒压供水技术，对原有的供水设施进行了技术改造。投入运行一年来，节电率达38.5％，节水率达20.5％，实现24h全天供水，改善了水泵电机的机械特性，供水系统运行无冲击、无水锤，平稳可靠。
　　关键词：变频调速；恒压供水；住宅区；节电；节水
　　中图分类号：TU821.5 文献标识码：B 文章编号：1009-2455(2004)03-0049-02

1 系统概况

　 陕西烽火通信集团公司是一个无线电通信设备整机生产大型企业。住宅区有住户2800户(9000人)，还有二星级宾馆、医院、公共浴池、学校等。住宅区的供水设施是1984年投建，原来泵站工艺流程见图1。

　　当时是按照传统的设计习惯，重点考虑的是水泵应满足住宅区最不利工况点的要求，也就是以住宅区供水管网系统的最高日最高时的用水量和压力来选择水泵的流量、扬程，忽略了选择水泵对能耗的考虑，因住宅区每天只有在三个用水高峰段的最不利工况点运行，而大部分时间在低流量(100m³／h)高扬程(0.85MPa)非最不利工况点运行。显然，水泵长时间在偏离高效区间外运行，不但造成电能、水资源浪费，过高的供水压力还对整个管网系统、室内卫生洁具的安全造成威胁，形成一个不安全、不可靠、不经济、不合理的供水模式。尽管也采用人工根据用水量的大小来控制大泵55 kW和小泵30kW水泵之间简单的切换，但效果不理想。随着变频调速技术在水泵领域的推广应用，经过对原供水系统流量和扬程变化充分的论证，于2002年9月份，将原泵站工艺流程改造为图2。

2 变频系统的节能原理

　　变频系统的节能原理见图3。

　　假定合理的供水恒压值为H₁时，管道阻力曲线为R，工况点为P₁，管网流量为Q₁，此刻对应的耗能大小可用面积表示为：A₁=OH₁P_lQ_l (1)
　　若管网流量由Q₁下降至Q₂时，因采用工频运转，电机功率一定，水泵工作特性曲线N₁不变，工况点由P₁到P₃点，此刻对应的耗能大小可用面积表示为：A₃=OH₃P₃Q₂ (2)
　　据实测，A₁与A₃的差值不是很大，但因水泵产生了剩余压头△P₃P₀较大，对系统运行极不安全，尤其是夜间为甚。采用变频调速恒压供水后，变频系统能根据管网流量Q的变化自动改变水泵运转和水泵工作特性曲线N₂，并使H₂=H₁，此刻对应的耗能大小可用面积表示为：A₂=OH₁P₂Q₂ (3)
　　显然，节能面积为：△A=A₃-A₂=H₁H₃P₃P₂
　　节能效率为：η=△A/A₃·100%
　　根据一年运行实测计算：η_电=38.5%，η_水=20.5%
　　另外需要指出的是，恒压的定义是指水泵站出口（压力传感器）的压力不变，而对于末端的用户压力，因有剩余压头△P₂P₀的产生不是恒定值。但△P₂P₀＜△P₃P₀，故其压力波动在许可范围内，可视为恒压供水。

3 运行工况分析及运行效果

　　①压力与时间的运行工况见图4。

　　在23：00→6：00夜间段内，3^#或4^#小泵（30kW)变频运行，每天自动交替切换一次。期间若电机的频率小于25Hz,5^#睡眠泵（15kW）延时40s变频启动投入运行。唤醒时40s后停止，3^#或4^#小泵自动投入变频运行。在6：00→23：00昼夜段内1^#或2^#大泵（55kW)变频运行，每天自动交替切换一次。期间若单台大泵不足时，3^#或4^#延时600s后自动投入共频运行（启动方式Y-△）；若压力超高时，3^#或4^#小泵自动延时60s后退出运行。
　　因本集团公司住宅区的供水在昼夜间的流量变化范围为：120m³/h-185m³/h；在夜间的流量变化范围为；45m³/h-100m³/h,故变频系统采用两个时间段的恒定压力值控制（亦可任意调整）。
　　②电流与时间的运行工况见图5。

　　③住宅区分区减压措施：
　　鉴于本集团公司住宅区南北方向地域狭窄，南北两端地平高差20m，故将住宅区分为高压区和低压区。高压区供水压力由变频器控制（0.6-0.35MPa)；低压区供水压力由可调式减压稳压阀自动控制（0.35MPa），解决了以往用普通闸阀只能减动压而不能减静压和稳压的技术缺陷。

4 结语

　　自本住宅区供水系统投入运行一年来，节电效率38.5%，节水效率20.5%。实现了24h全天供水（原来每天只供水16h），改善了水泵电机的机械特性，供水系统运行无冲击、无水锤，平稳可靠。

---

作者简介：王建民（1963-），男，山西芮城人，工程师，电话（0917）3624411-6355。