污水处理厂水泵变频调速装置的选用111

污水处理厂并联提升水泵变频调速装置的选用

摘要：概述污水处理厂提升泵的作用及水泵选用原则, 简单介绍了多台水泵并联的特点，着重介绍了变频调速装置在污水处理厂提升泵站的选用原则及选用时应注意的问题.

关键词：变频调速;水泵并联;设计选用

1．概述

我国作为一个能源短缺的国家，节能尤为重要。《中国节能技术大纲》提出水泵风机类应最大发挥其节能作用的要求，在污水处理厂中进水提升泵、出水提升泵、鼓风曝气设备、污泥浓缩脱水设备、加药加氯设备等均可采用变频设备进行节能。本文仅对污水处理厂中的提升泵的变频装置，提出一些意见及建议。

提升泵作为污水处理厂中的重要耗能设备，节能、降耗尤为重要，提升泵采用变频调速技术，既可实现无级调速，节约能源、降低消耗,又可避免设备的频繁开停造成的水垂现象、优化工艺设计、延长设备使用寿命。并且可以解决由于工程实际运行规模与设计规模不一致带来的运行过程的偏差，对节能降耗起到重要的作用。因此变频调速技术在污水处理厂提升水泵的控制及运行中得到越来越广泛的应用。

2．提升水泵在污水处理厂中的作用

提升泵的设置目的是提高水头，作为污水处理厂的重要耗能设备，节能非常重要。提升泵采用变频调速装置，可根据流量的大小，压力的高低等参数进行合理调节，避免水泵的频繁起停，延长水泵寿命。

由于水泵选择时均按最大流量来选择水泵参数，因此在正常情况下水泵并不需要达到满负荷运行，水泵也无法达到最佳工作点，而且一般均为多台水泵并联运行，选择水泵参数时均偏大，因此变频调速装置的正确选用尤为重要。

3．多台水泵并联运行的特点

污水处理厂提升泵的运行一般限于节省投资的考虑，均采用变频泵与工频泵并联运行，现在就分析一下这种并联运行的一些特点：

3.1 理想状态下的水泵并联

图一中，N0为工频泵的性能曲线，工频泵单泵运行时的工作点为A，扬程为HA，流量为QA；N1为变频泵单泵正常调速中的性能曲线，运行时的工作点为B，扬程为HB，流量为QB；N2 为变频泵单泵速度最低时的性能曲线，运行时的工作点为D，扬程为HD，流量为QD；M1

为工频泵N0和变频泵速度为N1并联时的管网总的性能曲线，运行时的工作点为C，扬程为HC，流量为QC0；M2为工频泵N0和变频泵速度为N2并联时的管网总的性能曲线，运行时的工作点为A，扬程为HA，流量QA。F0为理想的管网阻力曲线。理想状态下的水泵并联曲线应该是根据流量的变化沿F0管网阻力曲线平滑滑动的一组曲线。

3.2 实际状态下的两台水泵并联

在实际工况中，多数工作在N0和N1两条性能曲线下，从性能曲线图上可以看到，并联后的总扬程HC>HA，且HC>HB，同时管网总流量QC0=QC1+QC2QA，QC0>QB。随着变频泵速度下降，其性能曲线在图一中沿F0向左下方偏移，管网总曲线也同样沿F0向下偏移。当变频泵速度降到N2时，管网的性能出现一个临界曲线M2，此时的管网总扬程和工频泵的扬程相等，而不是上边理论分析的稍大一些。这个时候由于管网总流量和工频泵单泵运行时的流量相同，工频泵相对于变频泵时其输出流量有一个增量，可能出现过载。变频泵由于最大扬程都低于管网总扬程，表现出来的实际情况为变频泵不出水。此时的变频泵还在工作，消耗一定的功率，变频泵的效率降到了最低。因此，在变频器频率设定时一定要有一个下限fmin来避开这种低效区。下限频率的设定一般可根据实际运行工况设定。

3.3 多台水泵并联

多台工频泵和一台变频泵并联运行时，变频泵性能曲线下移至N2时，管网曲线应该在N2之上，变频泵频率下限fmin比两台并联要高。因此，管网并联的泵越多，节能的空间越少。

4．多台水泵并联运行的变频节能解决方案

污水处理厂实际的应用场所绝大多数均为多台水泵的并联运行，因此需要很好地解决并联水泵的调速问题，才能有效地节能。

4.1 合理设定下限频率

由流体学相似定律可知，流量与转速成比例，而功率与流量的3次方成比例。由于水泵采用转速控制时，当流量减小时，所需功率近似按流量的3次方大幅度下降。例如流量下降到80%，转速也下降到80%时，则轴功率下降到额定功率的51%，由于下限值越低，节能效果越明显，但不能单纯考虑节能，必须考虑多台水泵并联所带来的多方面的影响，实际下限频率的设定应根据水泵本身的性能曲线、并联水泵的台数、管网阻力的变化、变频器本身的特性等多方面因数确定，一般在试运行时根据实际工况确定，实际运行中设定值一般设定在40Hz 左右。

4.2 合理选择变频水泵

在实际工程中，一般选择工频泵与变频泵参数一致，但根据以上的性能曲线分析可知，相同性能曲线的工频泵与变频泵并联，变频泵调速范围很小，节能效果并不明显，因此选择变频泵时应当尽量选择扬程较大的泵，可更好的利用变频器的节能特性，这种方式尽管水泵的互换性差。但节能效果比较明显，运行工况也比较好。但限于水泵曲线的不同，在实际工程中变频器一拖二（或一拖多）的方案将无法实现。

4.3 多台变频泵并联运行

从并联水泵的性能曲线分析，多台变频泵的并联运行，可有效地解决工频泵与变频泵并联时由于扬程不同带来的变频泵范围的限制，可采用根据流量及扬程参数同时调节水泵曲线，实现最大范围的节能效果。因此在实际工程中，尽可能多地选择多台变频泵并联是比较合理的方式。尽管选择多台变频泵初期投资较高，但从节能效果来考虑，还是能很快收回初期投资的。

4.4 合理设定水泵水池液位

在实际运行时，若能使水泵水池保持在高水位运行，这样可有效降低水泵的实际扬程，在保证提升水量的前提下降低能耗，并且也有利于工频泵与变频泵的并联使用。

5．变频器选择及使用中应注意的一些问题

5.1 在工频泵和变频泵并联的场所，当变频器的最低投切频率设定过低时，很有可能导致变

频泵不出水，严重时甚至可以导致水泵的振荡及气蚀。

5.2 在工频泵与变频泵并联的场所，由于有工频泵的存在，一般采用扬程不变，根据流量变化来调节变频器参数，控制比较简单，但实际节能效果并不是十分理想。

5.3 在多台变频泵并联的场所，根据水泵曲线可知，流量的变化影响扬程的变化，因此采用变扬程变流量的控制方式比单纯的定扬程变流量控制方式更节能，更科学，在实际控制中，这种多变量控制较为复杂，但节能效果更好。

5.4 应按水泵电机的额定功率及额定电流、额定电压综合考虑，合理选择变频器的参数，与设备配套。污水厂中有些场所（例如回流污泥泵）属于大电流、低转速电机，在选择变频器时不仅要按额定功率选择变频器，还必须校核变频器的额定电流与设备的配套情况。

5.5污水厂并非所有水泵均采用离心式水泵，有些提升泵采用轴流式水泵，此类泵要求启动力矩高，选择变频器时需特别注意,对于此类负载采用具有转矩控制功能的高功能型变频器则是比较理想的。

5.6 现在大部分生产厂商的变频器均采用电压源型，功率因数较高，可保证在0.95以上，在实际应用中应结合功率因数补偿协同考虑, 可不需额外增加补偿装置。集中补偿的电容也可适当降低补偿容量。但也有些生产厂变频器为电流源型，变频设备随电机转速的变化，功率因素变化幅度较大，需要考虑补偿电容。

5.7大型电动机变频装置，特别是高压变频装置向电网注入谐波分量应按国家《电能质量公用电网谐波》管理标准GB/T14549-93严格执行，特殊情况还需另行提出要求。在选用时应选择相关附件，并对生产厂提出具体要求。

5.8 由于变频器产生的高次谐波的影响，对补偿电容的影响较大，在选择电容器时需选择带电抗器的电容器，最好选择带消谐装置的电容器组。

5.9变频器安装及接线中，应严格按照产品安装使用手册进行，各种辅助措施，如装置环境条件的保证，接地安全措施均应予留到位，否则会直接影响变频器的使用寿命和效率，还会造成对其它系统的干扰。环境温度的要求尤其重要，变频器发热量较大，安装在柜内时要考虑散热的要求，必要时需增设通风设备，对大功率变频器尤为重要。

5.10 变频器最低频率的设置除考虑并联水泵的运行工况外，对于自身风冷却的水泵还要考虑电机散热的转速需要，必要时需增设风冷却设备。

6．结论

6.1 变频调速尽管是一种应用比较广泛的水泵节能技术，但在并联水泵的运行条件下，受到很多条件的限制，并不能达到理想的节能效果。

6.2 在有条件的情况下应尽可能选用多台变频泵并联的运行方式，节能效果好，控制方式也灵活。

6.3 一拖多的水泵控制方式实际节能效果并不明显，不如选用独立的变频泵（扬程较工频泵高）节能效果好。

6.4 在污水处理厂中的其它工段，例如鼓风曝气设备、污泥浓缩脱水设备、加药加氯设备等也和提升水泵一样有相似的运行工况，均需采用变频设备进行节能控制。

参考文献：

[1]刘德刚沈安文. 关于变频供水节能若干问题的探讨.变频器世界，2006，12。

[2]三菱电机株式会社编许振茂赵曜王俊岳译《变频调速器使用手册》兵器工业出版社，1993。

[3]王洪臣主编《城市污水处理厂运行控制与维护管理》科学出版社， 2002。