浅议污水泵站节电问题

【摘要】城市污水管网是由广地域分布的地面集水井、地下输污水管、泵站组成的局域系统，承担收集输送自然降水和城市各类用户排放的废水。为了加快管道内污水的流速，通常采用泵站提升水头加压的方法，阶段逐级提升将污水排送到污水处理厂。因此，一般城市都有一定量的污水泵站、排水泵机。本文分析了污水泵站变频调速排水的节电问题。
【关键词】污水泵;控制;变频调速
　　0.前言
　　由于污水管网的水来自降水及各类用户废水，受天时、人群行为及管道损漏等复杂因家影响。其流量具有不确定性和难预测性，若排水不畅或不及时，都将直接导致污水外滋，其后果是共知的。
　　市政部门为了满足日常排水需要，一般在同一泵站都配有多台泵机供排水组态使用。具体工程实施中由于管网实际流量的不确定性、难预测性，机泵简单组态难做到倒人泵站的流量Qλ=Q出(泵出流量)最佳的控流状况。现将由此引起的各种不利影响分析如下。

　　1.两种典型组态分析
　　1.1 Qλ>Q出工况
　　当流人泵站的流量Q入>Q出，将导致泵站进水口污水井及管网中的污水位升高，随着水位升高，水泵实际扬程变小，因为△H为管阻损失，
　　H泵=H0+△H (1)
　　式(l)中: H0为泵机进水口和出水口水位差
　　轴流泵是低扬程污水泵站的常用水泵。当扬程降低，泵排流量随之增大;但每台泵机在恒速状态调节流量的能力是有限的。同时单台过大排流量也会引起另一些问题。如围堰结构泵站因泵机排水量的大幅度增加会使围堰闸门滞流影响增强;即机泵出水口由于滞流会形成附加水柱△H，这相当于增加了污水泵机实际扬程△H，它产生的压力也可视为水泵管阻的增加;而水泵阻力矩的增大，使得电机加速的有效输出力矩变化，使△n转速差增大，使得泵出的流量△Q变化增大，这是不利于机泵系统稳定工作的。这种周期变化的管阻△H使泵机工况点摆动，不但增加了排水能量损耗而且会因液流变化带来机泵系统机振及噪声，还会造成汽蚀现象趋重，机泵效率下降;过高水位运行会造成管网污水流速过缓而滞流，降低了管网吸纳峰流的能力，它是造成低海拔标段溢污及管子过压破损的直接原因之一。
　　1.2 Qλ　　在该工况下，泵站进水井及管网中水位迅速下降，由式(l)知:泵机实际运行扬程升高;随着扬程升高，泵机每分钟泵出流量Q会减小，机泵相应效率降低。当流量小到40%左右设计流量时，轴流水泵可能进人Q-H马鞍形特性区运行，这时管阻特性和Q-H特性将失去固定交点。一定条件下，由于扬程H可看成正比于流量及时间的积分，流量、扬程不稳带来的振动和噪声加剧，机泵难以正常运行。若扬程的进一步升高进人小流量区域时，轴流泵进水口液流攻角变正，产生回流和漩涡，机泵汽蚀现象加重并可能产生喘振。所以，当进入临界淹没水深时，规程要求必须停机。此外，应注意频繁起停机次数不得超过机泵允许起、停次数。在Qλ　　

       2.变频调速调节排水节电原理
　　简单地说，在理想目标水位下，液位、流量传感器把当前水位及管网污水流量转变成电控制信号，调节变频器VVVF输出频率f，改变泵电机转速n及水泵排水流量Q。通过改变转速实现排放流量的调节，使Qλ=Q出，有效控制污水泵站进水井及管网的水位。由于选了理想目标水位，水泵扬程降低，且水泵运行在高效区，所以节电效果良好。变频调速污水泵站排水节电控制系统，通常由VVVF变频器、PLC可编程控制器、传感器、PID调节器、切换接触器KMI-KM3及热保护继电器KH1-fffKH3等构成。它既可跟踪污水泵站进水口污水流量，满足排流要求又可取得良好的节电的效益。
　　众所周知，恒压变频供水系统调节流量主要采用减少阀门及管阻耗能。系统以管网出口处压力为调节控制量构成闭环系统;而在污水泵站变频调速排水系统中没有明显阀门管阻，其节能主要在于泵机进水井(或管网)理想目标水位的选择，以及出水口围堰滞流附加扬程控制，即:
　　(1)合理选择控制泵站泵机进水井水位，降低扬程;该扬程是泵机最佳工作扬程，尽量避免高扬程“深井”取水耗能。
　　(2)泵机运行工况点的控制;特别是流量Q的调节范围选择，流量不宜过小。
　　(3)控制泵机出水口围堰滞流附加扬程△H，根据实际情况降低围堰闸门位置。

　　3.结论
　　污水泵站污水杂质含量丰富且有一定的腐蚀性，因此应选择有抗腐抗冲击性能好的液位流量传感器，必要时可外加四氟乙烯防腐护套。外型最好平滑且有良好防渗漏层，既防止杂质沉积，也便于日常清洗维护;当然，物位指标稳定性要好;流量响应线性度好。用变频调速调节污水泵变流排水，不但可提高水泵的运行效率，而且还可充分利用泵机进水口合理水位减少扬程节电，又能避免盲目提高水位运行而影响管网吸纳峰流的能力，避免了水泵高扬程取水带来的深井取水耗能。这种变频调速排水装置经杭州市某泵站近两年的实际运行证明:变频调速变流排水和工频电源直接运行排水相比节电效果极其明显，平均千吨水节电达25kw·h以上，节电率为53.6%。变频词速排水控制系统运行时，一般没有围堰闸门滞流引起的△H影响，水泵液流平稳，泵机进水口压力脉动现象也明显改善，机振噪声比工频运行时降低15-20dB以上。这对改善周边环境噪声有明显好处，所以城市污水泵站采用变频调速排水可取得显著的经济及社会效益。
　　【参考文献】
　　［１］陈坚,郑玉春.离心泵和轴流泵的反作用度及叶片形式分析[J]．水泵技术,1995,(04).
　　［２］孔令夔,陈坚,冯心宽.改善轴流泵汽蚀性能的试验研究[J]．水泵技术,1997,(05).
　　［３］陈坚，郑玉春，丘传忻.大型轴流泵前置导轮的研究[J]．水利学报,1995,(10).
　　［４］陈坚,丘传忻,孔令夔,冯心宽,曾宪光,王炎阶,董继荣.诱导轮在轴流泵汽蚀防治中的应用[J．]武汉水利电力大学学报,1997,(05).
　　［５］尹述鸿,陈坚,孔令夔,王炎阶,王颜武,廖明沐.莒头泵站轴流泵前置导轮的设计与试验[J]．武汉水利电力大学学报,1997,(06).
　　［６］陈坚,孔令夔,郑玉春,曾宪光,王炎阶,王颜武.前置导轮在轴流泵站技术改造中的应用[J]．中国农村水利水电,1998,(02).