变频恒压供水在农村饮水安全工程中应用的调查

何敬悦

（天津市宁河水务局开关厂，天津 301500）

在国家饮水安全政策的鼓励下，通过水务人员及社会各界共同努力，广大农村都饮上了放心水，真是一件造福民众的喜事。其中恒压供水是这次民心工程的一个重要环节。

1 压供水设备工作原理

压供水设备是一种自动保持水管内水压的装置。送水管道安装一个压力变送器，能够知道当前管道内的水压，并把当前的水压值传递给控制装置即恒压供水模糊控制器。当用水量变大的时候，水压减小，恒压供水模糊控制装置得到水压在减小的信号，于是恒压供水模糊控制装置会进行负反馈控制，提高水泵的转速来，增大供水流量，提升水压。同样当用水量减小的时候，恒压供水模糊控制装置会降低水泵的转速来减少供水量从而减小水压。这样，就能基本保持水压恒定。一般情况下，水泵的电动机由变频调速器供电，以得到很好的调速性能。变频器执行控制离地表的下近百米的大功率潜水泵的转速及力矩，使从地下水源源不断稳定流出，恒压送到各户。

笔者对几十个村进行调查，现在村里供水都是定时给水。供水时间少的每天半小时，多的每天3小时，老百姓还是每家都用水箱水缸来储水，这样在夏天也会有大肠杆菌等有害菌滋生，饮水安全及卫生问题不能完全解决。

2 农村不持续供水原因

不能实现二十四小时供水和避免老百姓因用容器储水不当而出现水质最终被污染危险的安全问题。究其原因和危害如下：

（1）由于水要从近百米的地下提起并且保证维持一定压力。首先变频器要输出维持扬程的能量，再维持地面以上的压力的能量。克服百米扬程要做功，这部分消耗的电流是额定电流的30%-50%，如果泵选小克服扬程输出功甚至可达到50%-70%，数据可从控制柜仪表读出。造成24小时供水费用较多，对于农村还是很大负担。

（2）农村有农田菜园，使用地下饮用水浇房前屋后菜园的也是一大部分消耗。在春夏之季常常出现送水管道压力供不上就是这个原因。

（3）少数专业人员维护监管跑冒滴漏，不能像城镇供水那样得到及时维护修善。有家养猪的农户用水冲猪舍粪池没关阀门有事走了，等停水了由于止逆阀早坏了，产生倒吸把猪粪水吸进饮用水管，造成严重水污染，如果是化工原料池就不堪设想了。

（4）无论何种形式的变频器，在频繁的加速和减速过程中造成电机使用寿命缩短。因为变频器运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u为调制比）。 高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显着的是转子铜（铝）耗。由于异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%~20%。 变频器控制的潜水泵极易出现泵轴弯曲等现象。

（5）因个别井口的部分略高于地面在汛期地表水漫过井口会进入地下，造成水污染。管理不善就会造成严重饮水安全的问题。

（6）为饮水安全，水泵直接从地下把水抽到地面的各家各户，由于抽取的是沙层里的水，难免将井沙和水一起供到各户，这样每家就得准备水缸或水箱去沉淀沙子。这样饮水安全又得不到很好的保障。

3 解决节能和更好利用水源问题的关键

以上现象分析可知，从先进设备、先进技术运用是解决节能和更好利用水源问题的关键。只有将这两个问题解决才能真正实现节能环保，充分利用好国家推行的饮水安全活动，通过研究解决建议有几点：

（1）在每户安装水表收取相关费用，使得广大人民有节水意识，至少房前屋后菜园不会浇够了水还开着阀门浪费水。夏天很多村子供水压力低的问题就不易发生。不再出现距离远的居民接不到水，近处居民浇园子，使村民关系融洽，和谐。

（2）采用一种全自动恒压节能供水装置，包括控制潜水泵启动或关闭的PLC控制器、变频器和压力模糊控制器，储存水的压力罐，罐体结构采用涡流除沙技术结构，压力罐通过输水管道连接潜水泵，连接压力罐与潜水泵的输水管道上设有电动阀门和单向阀，压力罐的顶部设有压力表盒排气管，压力罐的底部设有排沙管，设置在压力罐侧壁的出水管，以及设置在压力罐内的液位计和上限位开关。该供水装置还包括压力补给装置，所述压力补给装置连接压力罐。用封闭压力水罐设备，当潜水泵供水同时将储水压力罐储满，根据压力储水罐容积分析结果，设定压力容积压力。通过压力补给装置补充压力罐内的压力，省去潜水泵为提高压力而做的功，因此比现有的变频恒压供水装置更加节能耐用，大大降低了因变频维持出口压力而造成的由井底到井口这段输出时间，比常规变频恒压供水节能达10%~30%，而且比压力罐式的恒压供水更加稳定。在非供水高峰期时间控制停泵避免因维持百米扬程所消耗的30~50%之间的多余电量即费用。

假设一台30kW潜水泵，全天耗能等于高峰3小时即30×3=90kW·h电量加上21小时因维持压力而产生的 （30%~50%）×30×21=（200~300kW·h）电量。全天约合 290~390kW·h，折合农业用电费（290~390）×0.76=（220~296）元。 即实现 24 小时供水每天耗电290kW·h以上。而利用压力罐水罐在供水3小时内以供储液罐，其它21小时则利用罐内空气增压装置不断向储液罐内胆充气（气体和水通过内胆完全隔离的）保证罐的出水口有一定压力，当储液罐液位低于下限值变频启动潜水泵上水保证消防或其它额外用水。其中储液罐供气装置3kW空气压缩机假定21小时无间断供气约3×21=63kW·h，折合农业电 63×0.76=47.88 元。 每天可费用（3×30+63）×0.76=116元，比全天变频供水节约100-180元。全年节约36500~65700元，而压力储液罐系统成本约4万~6万元，在一年内收回成本，储液罐使用寿命约6~10年，老百姓得到真正实惠。

（3）在饮水安全节能设备上不断完善。例如变频器自身使用各有利弊，有的部位可以利用电动机对基波频率很好的适应性，发挥老设备的优点作为提升水的启动设备如自耦减压设备代替变频器。地表功率小的部分采用变频器这样电动机更延年。

（4）鼓励农村使用地表水，因为我国水资源毕竟很缺乏从而减少地下水的开采，减少因水井管理不善而使地下水层污染的概率。在充分发挥政府或水务系统职责部门的能力，进行宣传，政策扶持鼓励相应的工程的建设。目前全国部分城市已建立了地表水处理使用的水厂河道，著名的工程比如南水北调等。

（5）及时推广更节能更环保更安全的供水技术。我国水资源分布各异，各个区域因地制宜，利用现代化的科学理念和技术服务于老百姓。我们相信在大家共同努力下愿我们的大家园建设越来越好。