变频设备在灌溉泵站中的应用范文

《湖南水利水电杂志》2014年第三期

以东区一级泵站为例，一级泵站为东区的龙头泵站，提水量是整个东区的灌溉水量，二、三、四级泵站提水量逐级递减。图1为一级泵站的供水过程线。从供水过程线来看，最小流量0.35m3/s出现在4月，最大流量2.18m3/s出现在7月，峰谷比为6.2∶1。按照常规方法选泵时，为满足绝大部分时间水泵在高效区运行，需配置不同型号的水泵，通过流量搭配来满足灌溉过程要求，给工程运行管理带来诸多不便。本次设计引入了变频设备控制，在水泵选型时采用同型号的水泵，变频调整出力，不仅节约了电能，而且提高了运行管理水平，同时也适当地节约了土建和设备工程的投资，提高了对并联后出水管路运行的稳定性。

根据本工程的具体特点，泵型选择应遵循以下基本原则：（1）水泵联合运行时，应满足灌区作物不同生育期的水量、流量要求。（2）在平均扬程时，水泵应在高效区运行，并具有良好的抗气蚀性能；在整个扬程范围内，水泵应能安全、稳定运行，不得产生气蚀和动力过载。（3）灌溉泵站选择主泵台数按流量大小取3～9台，同时并联运行的水泵不超过4台。（4）一级泵站是东区系统重要的水源泵站，站设置一套备用机组；其余3个梯级泵站，可将年利用小时数低的机组作为备用机组，以减少设备闲置，降低投资。（5）本工程共有4个梯级泵站，考虑到水泵型号太多会给以后的运行管理带来不便。原则上，在工程量相差不大的情况下，同一泵站内，机组型号应统一，方便运行管理；水泵台数尽量少，降低投资。（6）采用变速调节时，水泵转速下降幅度不宜超过额定转速的30%；提高转速时，不宜超过额定转速的5%，以防止动力机超载，机组振动，损坏设备。本工程设计选取了4台工作泵，1台备用泵，5台水泵型号相同，运行时最大并联台数4台，5台水泵互为备用。设计流量1965m3/s，为泵站设计流量的25%，设计扬程97.4m，最大扬程98.7m，最小扬程89.3m，加权平均扬程95.1m，根据水泵流量扬程，摘录出国内某水泵厂家与之相适应的双吸单级卧式离心泵的基本特性曲线。见图2。图3中列出了η=76%～84%的相似工况抛物线，确定出水泵高效区的范围。调节水泵转速时应注意水泵转速下降幅度不宜超过额定转速的30%，提高转速不宜超过额定转速的5%，以防止动力机超载，机组振动，损坏设备。根据这一原则该水泵转速调节范围为（693～1039）r/min，调整时应依据管路特性曲线选取合理的转速调整范围。图4中管路特性曲线Q-H需与水泵基本特性曲线Q-H的交点即为水泵的工作点。图中B点为单泵额定转速运行时的工作点，效率为82.7%。

A点为降低水泵转速到930r/min时的工作点，效率为76%，转速降低了6%。在基本保证不损失扬程和效率的情况下，流量由额定转速下的2265m3/h降低到1155m3/h，流量减小了49%，输出电流频率46.5Hz，频率下调7%；C点为提高转速到1010r/min时的工作点，效率为80%，转速升高了2%，流量由2265m3/h增加到了2514m3/h，流量增加了11%，输出电流频率为50.5Hz，频率升高了1%。因此可以看出，水泵转速调节，对运行工况的调整效果十分明显。转速只需要进行微小调整，在高效区范围内，流量会得到较大的改变。

对于本工程，虽然水泵仍有调整的空间，但根据水泵基本特性曲线和管路特性曲线来看，继续升高或降低转速水泵会偏离高效区，增加运行费用，根据《泵站设计规范》（GB50265-2010）9.1.11规定：“离心泵站的装置效率不宜低于65%～70%，新建泵站装置宜取高值”。对于一些历时较短的极端工况，也是可以保证灌溉用水要求的。对于本工程而言，在供水过程线变化时，可以通过并联多台水泵，调整1台或2台水泵的出力来满足需水过程，运行十分灵活。当水泵调整转速并联后，采用不同型号水泵并联时工作点的确定方法绘制水泵并联Q-H图，Q-H线与管路特性曲线的交点即为并联后水泵的工作点。图5中“×”为整个灌溉期的供水流量，所有流量过程都在两条Q-H曲线的中间，水泵基本都能在高效区运行。根据计算，最多需要调整两台水泵的出力即可满足要求，虽然在个别流量下，水泵会偏离高效区运行，但以保证灌溉发生弃水的原则运行时，全年灌溉期内，弃水量共计3.51万m3，仅占到全年总供水量2083万m3的0.17%，效益十分明显。

各级泵站采用变频设备控制后，可以轻松地控制各梯级的提水流量，基本消除弃水或断流的工况，对节能减排，降低运行费用有积极作用；变频设备的软停止，可以缓慢降低水泵出力，避免因紧急停泵带来的水锤危害，对工程运行的稳定性和安全性起着不可替代的作用。

变频控制设备具有调整范围大、启动平缓、随时调整出力、实现软停止、减小水锤、管路运行稳定等多重优点。特别是在梯级泵站的灌溉运行中，通过不同工况组合使水泵在高效区运行，基本可以达到供水期无弃水。在节能减排、降低运行费用、管理灵活方便、提高经济效益、简化设计、减少设备和土建工程量，降低投资等方面都有着不可替代的作用。

作者：李伟单位：新疆奎屯农七师勘测设计研究院