变频调速装置在南段双塔泵站的应用

阎秋霞 刘先念 张通观

(辽宁省水利水电勘测设计研究院 沈阳 110006) (大连市供水有限公司 116021)

变频调速装置在南段双塔泵站的应用

阎秋霞 刘先念 张通观

(辽宁省水利水电勘测设计研究院 沈阳 110006) (大连市供水有限公司 116021)

大中型长距离引水工程中的泵站因受水源水库水位及调水流量变化的影响，泵站扬程变幅往往较大，满足水库死水位条件下调最大流量而选用的恒速泵，在经常运行水位下的低扬程运行工况效率相对较低或无法运行，需要调整阀门开度增加损失运行，此种情况增设变频装置是较优的节能方案。本文介绍双塔泵站变频装置与其他节能方案比选以及变频台数比选情况。实际试运行证明：其节能效益与理论计算相符，节能效益显著。

恒速泵 变频调速泵 变频装置

大伙房水库输水应急入连的南段工程是从碧流河水库取水，经头部双塔加压泵站和乐甲中间加压泵站加压后送入东风水库的高位水池再自流进入市区的净水厂。位于头部的双塔加压泵站其任务是将碧流河的水加压送到花房沟隧洞进口，平时能够保证该工程平均流量(23.32万m3/d)、最大流量(30.31万m3/d)的供水需要，在引碧入连暗渠工程供水事故时，能提供57.5万m3/d的事故备用水。双塔泵站从碧流河水库取水，水库死水位为47m，正常高水位为69 m，运行水位变化较大。

碧流河水库各运行水位频率见表1。根据碧流河运行水位及水库至花房沟隧洞进口的管路水力损失，确定各供水流量下的水泵所需扬程，见表2。

表1 碧流河水库运行水位频率

表2 泵站流量、扬程参数

以上运行条件致使该泵站具有流量大、扬程高、扬程变幅大的特点，为使水泵在各工况下都能高效、安全运行，水泵选择应考虑以下三种方案：ⓐ变频调速;ⓑ利用水泵出口阀门节流;ⓒ更换叶轮。根据以上三种措施拟定以下三个比较方案：

a.方案1：变频调速方案。5台 SM501—640—640卧式双吸离心泵，2台变频装置。事故时，全部恒速运行，平均流量供水，2台工作，最大流量供水，3台工作，2台备用。

b.方案2：大小泵组合水泵出口阀门节流方案。2台 SM502—720—655大泵，4台 SM501—640—600型小泵。事故时全部工作，平均流量供水，2台工作，最大流量供水，3台工作。

c.方案3：更换转轮方案。2台 SM502—720—655大 泵，4台 SM501—640—575型 小 泵，2个SM501—640—600更换转轮。事故时全部工作，平均流量供水，2台工作，最大流量供水，3台工作。死水位和事故时均需更换叶轮。三个比较方案的经济指标比较见表3。

表3 三方案的经济比较

三方案比较优缺点如下：

a.变频调速方案缺点是变频设备投资高。优点为：运行最为灵活;可以手动或自动连续调节;水泵降速运行后，大部分工况运行在高效区，并可以充分利用水库水能，节约电能。从表4可以看出，与其他方案比较年耗电最少，年运行电费比其他方案少200万元以上，总现值最少，为最经济方案。

b.大小泵组合水泵出口阀门节流方案优点是设备投资最少。缺点是流量通过水泵出口阀门调节，流量调节较为困难，并不能连续调节;年耗电量最多，总现值最大，为最不经济方案。

c.换叶轮方案设备投资较少。通过更换叶轮，可以利用一部分水库水能，提高部分运行工况的效率。但由于水库水位变幅大，更换叶轮，也不能保证各扬程下均能运行，部分扬程仍需通过阀门节流满足运行，因此其耗电量仍较高，总现值比变频方案大，经济指标也较差。

通过以上比较，对于从变幅较大的水库取水的中型加压泵站，采用变频装置，不但运行灵活，而且节能效果显著，经济优势明显。因此该工程采用变频调速方案。

采用变频调速装置，使水泵变速运行，适应于不同的运行工况，达到节能效果，变频装置多，运行灵活性高，但投资大，因此采用几台变频装置更为合理，应通过经济比较确定。事故工况出现几率低，对泵站的经济运行影响小，因此变频数量的比选不考虑事故工况，只对正常运行工况进行比较。根据正常运行工况的供水流量、扬程参数及水泵运行特性曲线，分别对1台、2台、3台变频方案进行技术参数、年电费及投资估算。各方案的运行工况技术参数见表4。

续表

从变频数量经济比较(见表5)可以看出，变频装置越多，工程投资越多，年耗电量越少。1台增为2台，电费减少较多，而2台增到3台，电费递减幅度降低，仅比3台少28万元，因此2台变频装置总费用现值最小，为最经济方案，最终双塔泵站采用2台方案。

表5 变频数量经济比较

双塔泵站已建设完成并于2010年6月进行了试运行。对运行工况进行参数测定，根据测定值判断运行参数基本与计算值相符合，水泵降速运行效率与相似工况计算值也基本一致。

结论：通过对双塔泵站变频方案的技术经济分析以及实际运行实测数据验证，在类似双塔泵站这种扬程、流量变幅较大的泵站采用变频调速装置其节能效果是显著的。特别最近几年，随着电子产品的快速发展，变频装置的产品质量得到很大提高的同时，价位却大幅滑落，不再是高价产品，其经济效益更为可观，应在类似工程中推荐采用。但变频装置本身也是有电能损耗的，因此在工程中是否采用，应经过经济分析论证后确定。