1 引言
水泵用電量占取送水泵站大部分的能源消耗。對于這樣大的用電領(lǐng)域，準確確定出節(jié)電潛力，并對節(jié)能潛力好的泵站加以改造，避免粗放性節(jié)能估算造成節(jié)能改造效果不能保障的問題，就顯得非常重要。本文以能準確測算泵站節(jié)能效果并能實施量化節(jié)能控制的泵站目標電耗節(jié)能技術(shù)在泵站中的應(yīng)用進行探討。
2 泵站目標電耗節(jié)能技術(shù)應(yīng)用
2.1 泵站控制技術(shù)概述
對泵站的參數(shù)（例如：流量、壓力或液位）進行控制，一是為了滿足生產(chǎn)的工藝要求，二是可以盡量減少能量的浪費。目前人們經(jīng)常使用的方法有：一是使用調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，來滿足工藝要求；二是通過大小泵的搭配，來滿足不同工況下的要求；三是閥門控制；四是調(diào)節(jié)水泵葉片角度的調(diào)節(jié)方法。
從多年的實踐中體會到，雖然各種方式都可以滿足工藝條件下的調(diào)節(jié)和控制，但是不同的控制方式或是同一種控制方式下不同的控制策略可能會帶來不同的耗電效果，有的耗電多有的耗電就少這里有一個耗電最低（優(yōu)化）的運行方法和方式。為了得到這個最佳的結(jié)果，就必須對泵站的電耗因素進行定量研究，這里之所以提到定量而不是定性，是因為只有定量才可能對改造的經(jīng)濟性和實現(xiàn)性作出判別，這就是泵站量化節(jié)能技術(shù)的本質(zhì)所在。
2.2 泵站電耗因素分析
泵站的噸水電耗表達式：
（1）
式(1)中第一部分代表了泵站所能實現(xiàn)的最小噸電耗，這是我們所追求的目標電耗，記為wmint。
（2）
式(1)中的第二部分代表了當前情況下，泵站存在的節(jié)電潛力，從負面講也是泵站浪費的噸水電耗，記為δw。
（3）
式（3）中的第一部分是由于泵站運行效率η(q，h)偏離最高的效率η(q，h)形成效率偏差δη(q，h)，而造成的節(jié)電潛力（或電能浪費），第二部分是由于泵站存在富裕揚程δh(q，t)而造成的電能浪費。泵站目標電耗節(jié)能技術(shù)原理如圖2-1所示。
圖1 泵站目標電耗節(jié)能技術(shù)原理
“泵站目標電耗設(shè)計測算軟件”《pumpsave3.0》就是實現(xiàn)以上目標的應(yīng)用性工具。該軟件借助于強大的后臺運算能力及優(yōu)化模型，使得軟件的使用極為簡單，使用者只需將泵站所用設(shè)備和工藝要求輸入該軟件，該軟件就會自動給出泵站的目標電耗變化曲線，其中的噸水電耗變化曲線如圖2所示。
圖2 噸水電耗變化曲線圖
在圖2中，只要知道流量q就可以查出對應(yīng)該點的目標電耗值wmin及控制運行策略，知道了泵站的目標電耗（最低噸水電耗）wmin，也就知道了泵站系統(tǒng)存在的節(jié)電潛力δw。
泵站目標電耗節(jié)能技術(shù)通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型計算出泵站在滿足工藝要求下的最低的單位電耗，也就是要追求的目標電耗，通過軟硬件結(jié)合的泵站目標電耗節(jié)能控制系統(tǒng)去控制一直運行在最低度的單位電耗下，來實現(xiàn)目標電耗。
3 實際應(yīng)用
3.1 水廠簡介
哈爾濱制水公司制水三廠日供水能力為65萬立方米，是哈爾濱目前最大的地方水凈水廠，其供水量占哈爾濱市總供水量的70%，供水范圍涉及七個行政區(qū)。
哈爾濱制水三廠是以松花江為水源的地表水水廠，首先由一、二制水廠抽取松花江水，增壓后送至制水三廠，經(jīng)過投藥混合、沉淀、過濾、殺菌等工序處理后送至清水池，由三個送水泵站送往不同的管網(wǎng)，其中送水二泵站是利用奧地利政府貸款，引進國外送水泵機組、高低壓變配電設(shè)備、以及管道閥門，于1992年投入使用。
二泵站配置10臺送水機組，日送水量45萬立方米（在全廠三個送水泵站中送水量最大），使用設(shè)備先進、自動化程度高，配置了日本橫河公司生產(chǎn)的集散控制系統(tǒng)（dcs），泵站高低壓配電設(shè)備、變頻變壓器、水泵、電機、控制柜等,全套設(shè)備為奧地利elin提供，其中1-7號送水機組由dn1800mm管網(wǎng)送往市區(qū)，清水泵型號為20ln-26，流量為3600m3/小時，配用功率：1、2、6、7號為10kv、650kw（定速）；3、4、5號為10kv、650kw（變頻調(diào)速）。
自1992年投入運行以來，由于市區(qū)供水管網(wǎng)曲線難以確立，所以沒有建立起一個合理的控制目標，導(dǎo)致三臺調(diào)速機組一直按定速運行，使得調(diào)速機組在滿負荷情況下工作，變頻器過熱，功率因數(shù)低，諧波大，對電網(wǎng)影響很大,運行可靠性差，變壓器損耗大等，運行成本提高。
3.2 泵站目標電耗目標的制定
經(jīng)2002年、2003年兩年的運行參數(shù)收集，電耗指標的統(tǒng)計與北京金易奧科技發(fā)展有限公司合作，總結(jié)哈爾濱制水三廠二泵站dn1800mm管網(wǎng)1-7號機組在管網(wǎng)壓力和流量合理的控制目標，使用泵站目標單耗節(jié)能控制系統(tǒng)對原有水泵設(shè)備控制系統(tǒng)進行改進，泵站目標電耗節(jié)能控制系統(tǒng)由上位機、目標電耗控制柜、在線節(jié)能控制軟件、組態(tài)軟件等組成。制水三廠泵站目標電耗控制系統(tǒng)如圖3-1所示。
圖3 三廠泵站目標電耗控制系統(tǒng)示意圖
上位機和目標電耗控制柜通過mpi總線連接，目標電耗控制柜由plc、繼電器、端子等組成，和原有的dcs柜通過電纜進行端子側(cè)連線。模擬輸入量如：流量、壓力、液位、電流等1-5v電壓信號，模擬量輸出如變頻器轉(zhuǎn)速控制信號為4-20ma電流信號，開關(guān)量輸出如開泵、關(guān)泵、開閥、關(guān)閥等，開關(guān)量輸入如泵運行狀態(tài)、，通過電纜并聯(lián)或直接取代等方式與目標電耗控制端子連接。
目標電耗控制系統(tǒng)有計算機手動和自動兩種控制方式，操作者可根據(jù)情況選擇使用。
目標電耗控制系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的泵站，通過實時監(jiān)測流量、壓力、溫度等工藝參數(shù)。自動尋找并給出在滿足工藝要求條件下最優(yōu)化的機組組合及調(diào)速策略、實時保證泵站系統(tǒng)始終處于最省電的運行狀態(tài)。
目標電耗控制系統(tǒng)通過在線節(jié)能軟件調(diào)控，對泵站系統(tǒng)起到調(diào)節(jié)、穩(wěn)定作用，能夠?qū)Ρ谜鞠到y(tǒng)（水泵、電機和調(diào)速設(shè)備等）的運行起到穩(wěn)定和延長設(shè)備壽命的多重效果。
應(yīng)用目標電耗控制系統(tǒng)在線軟件節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)后，由計算機對三臺調(diào)速機組科學(xué)組合控制，發(fā)揮變頻電機的調(diào)速作用，從而解決了以下問題：
（1）如何設(shè)計一個最省電的供水系統(tǒng)？
（2）如何讓一個供水系統(tǒng)在滿足工藝條件下的最低噸水電耗值去運行?
（3）如何讓供水系統(tǒng)按設(shè)計出的最低噸水電耗值去運行？
（4）如何判別一個供水系統(tǒng)？
（5）如何讓自控不穩(wěn)定的供水系統(tǒng)穩(wěn)定運行？
目標電耗控制系統(tǒng)能夠?qū)Ρ谜镜囊恍┲匾獏?shù)進行在線保存，對泵站實時和歷史運行狀況一目了然，便于管理、分析和檢查。
對原有水泵設(shè)備控制系統(tǒng)進行改造前，首先使用“泵站目標電耗測算軟件”對送水二泵站系統(tǒng)進行分析和測算，發(fā)現(xiàn)原有情況下，年均還有7%左右的節(jié)電潛力。2003年8月使用泵站目標送水管網(wǎng)1-7號送水機組進行節(jié)能改造，未使用泵站目標電耗節(jié)能控制系統(tǒng)前的2003年6月份平均送水電單耗為136.56kwh/km3，總管壓力為0.3-0.38mpa。使用泵站目標電耗系統(tǒng)后的10月份正常送水平均送水電單耗為129.44 kwh/km3，總管壓力根據(jù)調(diào)度允許的0.3-0.38mpa范圍內(nèi)，節(jié)電比例為5.21%，與2002年同期比節(jié)電效果為8.36%;使用泵站目標電耗系統(tǒng)后的2004年2月份正常送水平均電單耗為121.95kwh/km3，總管網(wǎng)壓力0.3-0.38mpa,節(jié)電率為10.70%與2002年同期相比，節(jié)電效果16.15%，實際效果與改造前的測算結(jié)果相符，節(jié)電效果顯著。
4 結(jié)束語
實踐經(jīng)驗證明，使用泵站目標電耗測算軟件對泵站系統(tǒng)進行分析，可以比較準確地知道泵站的節(jié)能潛力，使用泵站目標電耗系統(tǒng)，可得到接近于預(yù)測的節(jié)能效果。
哈爾濱制水三廠二泵站dn1800mm管網(wǎng)送水泵站目標電耗控制系統(tǒng)自2003年9月正式運行以來，節(jié)電效果十分可觀，自2003年9月25日至2005年12月31日間，共節(jié)電2649293kwh,既節(jié)省費用1192181.92元人民幣。如表1～表8所示。
這項節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用不僅節(jié)省大量電能和資金，還解決過去人為控制管網(wǎng)壓力過高，造成冬春兩季市區(qū)供水管網(wǎng)經(jīng)常出現(xiàn)爆管事故，使市區(qū)道路積水結(jié)冰，影響市民正常生活的目的，同時還減輕泵站值班人員的勞動強度。
作者簡介
宋鐵男 工程師 現(xiàn)供職于哈爾濱供排水集團制水三廠。
參考文獻（略）
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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