摘要：由于新庄孜煤矿老工业广场距新工业广场远，导致自来水压低，无法正常使用，通过探讨研究，选用变频恒压供水装置改造后，解决了新工业广场自来水供水问题。变频恒压供水具有自动运行、无人值守及减少电耗的特点。
关键词：变频恒压供水；实施及应用；特点分析
随着变频调速技术的日益成熟，其显著的节能效果和可靠稳定的控制方式，在供水系统中得到广泛的应用。变频恒压供水系统对水泵电机实行无级调速，依据用水量及水压变化通过微机检测、运算，自动改变水泵转速保持水压恒定以满足用水要求，是目前最先进，合理的节能供水系统。与传统的水塔、高位水箱、气压罐等供水方式比较，不论是投资、运行的经济性、还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有优势。新庄孜煤矿新工业广场建成后，因自来水供水管路长、管径小、来压低、老工业广场沿途用水点多，新工业广场工业及饮用水量大，致使水压只能到办公楼2层，无法正常使用，经过仔细探索研究，方案比较，解决了供水水压低的问题。
1 原供水慨况及存在问题
新庄孜煤矿高定位技改期间，在老工业广场东北方向建一个新工业广场。老工业广场建有一座矿井水处理厂，处理水量为10000吨/天，因氟化物及钙镁离子超标，不能作为饮用水，处理成本约0.6元/吨。自来水来自市政供水管网，水价为2.9元/吨。为节约成本，处理后矿井水作为洗浴、绿化及厕所用水。自来水作为饮用水、压风机房、瓦斯抽排站及中央空调机房循环冷却用水。
原自来水从老工业广场矿西门位置市政供水管网接1根Dn150供水管至老工业广场东侧，自来水接入处水压只有0.2MPa。建新工业广场前，为解决施工期间用水，在原自来水供水管前端延伸至新工业广场，新、老工业广场Dn150自来水管总长3000m。由于新工业广场施工期间施工及生活用水水量小、水压低，自来水压可满足需要。新工业广场建成后，因供水管路长、管径小、来压低、老工业广场沿途用水点多，新工业广场生产及饮用水量大，致使水压只能到办公楼2层，无法正常使用，迫切需要拿出解决方案。
2 对自来水供水管路改造
2.1方案一
在老工业广场市政自来水引入端建1座普通加压泵房，需要建1间20m2泵房和1座
100m3水池，泵房内安装2台水泵及配套电控装置，水泵1用1备。工期需要2个月，造价需要30万元，需要配备水泵司机3名。
2.2方案二
在老工业广场八号井压风机房处用钢结构搭1间6m2泵房，内安装2台管道泵，经计算选用2台SL80-160管道泵，单台泵功率为7.5KW，流量为50m3/h，扬程为32m。选用1台变频柜控制2台水泵运行，即1拖2。经计算，泵房设在八号井压风机房处，基本在管路中间，即距自来水管始、末端都是1500m,因新工业广场需要水压高，而老工业广场建筑物需要水压低，这样恰到好处解决了新工业广场水压低的问题，也不因管道泵吸水影响老工业广场的用水。变频管道泵系统安装详见附图1。
主要工程量有：2台SL80-160管道泵，1台变频柜，20m长Dn100钢管，100m长型号为YC-500V-3*6+1*2.5橡套电缆，1只远传压力表等。工期5天，造价10万元。
2.3方案比较
经计算比较，从工程造价、人工费用、工期、水压稳定、经济方面选用方案二最合适。
3 变频系统运行控制方案
水泵类负载转矩与电机转速平方成正比，功率与电机转速立方成正比。因此转速低时投入变频装置可节约大量电能。
变频器电压与电机额定电压相同即选为380V。水泵类负荷启动时负载属于轻载启动，电机采用变频器运行与采用工频运行相比，由于变频器的输出电压、电流中有高次谐波，电机功率因数、效率有所降低，电流约增加10%，电流按Ife≥1.1Ie计算，公式中Ife表示变频器额定输出电流，Ie表示电机额定电流。经计算Ifee≥13.06A，按照瑞典ABB公司变频器产品性能参数表选用型号为ACS501-009-3型变频器，该型变频器可以满足7.5Kw管道泵功率要求。
变频控制系统主要有1台压力传感器、1台变频器、1台PLC、4台交流接触器、4台空气断路器等组成，压力信号转换成电信号再经PLC运算送给变频器，并输出信号直接控制水泵电机转速和泵出水量以使管网压力稳定，由此组成闭环控制系统，变频器上下限频率信号及其持续时间可作为PLC进行逻辑切换及启停泵依据。变频器信号通过Modbus通讯协议传输。
管道泵即可手动控制，也可自动控制。自动运行时，出水管水压低于设定值时，一号泵工频运行，二号泵变频运行，或二号泵工频运行，一号泵变频运行；当出水管水压高于设定值时，变频泵切除，只需保留一台泵工频运行。变频柜主回路接线图见附图2。
出水管安装的远传压力表，其水压检查范围在0~1MPa之间，检测精度为0.01MPa，该传感器将0~1MPa范围水压对应转换为0~10V电信号，信号传至PLC，通过PLC控制1台型号为ABB公司ACS501-009-3变频器对管道泵进行变频调速，同时控制另1台泵的工频运行。
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4 实施总结
本方案实施后，解决了水压低的难题、满足了新淮工广生产和生活自来水用水需要。每年节约电能约3万元，减少工程投入20万元。
经过运行分析，变频恒压供水具有以下优点：（1）高效节能，与传统供水比较，变频恒压供水节能30~60%；（2）泵房占地面积小，投入少；（3）自动化程度高，无人值守；（4）运行合理，由于1天内平均转速下降，轴上平均扭矩和磨损减小，管道泵寿命大为提高；（5）由于对水泵实行软启和软停，消除了开停泵水锤，有利于管网安全；（6）操作简便，不需灌引水，避免管网用水量变化时的水压波动过大，实现恒压供水。
参考文献：
[1]《给水排水设计手册》，中国建筑工业出版社，2000年10月第二版，林选才、刘慈慰等；
[2]《变频器、软启动器及PLC实用技术手册》，化学工业出版社，2019年1月第一版，方大千、朱丽宁；
[3]《电机与拖动基础》，中国电力出版社，2005年6月第一版，刘启新、张丽华等。
论文作者:任学兰
论文发表刊物:《电力设备》2020年第2期
论文发表时间:2020/5/8