高壓變頻調速水泵技術在安陽市西區供水中的應用

王春成 王 萌 王光磊

（安陽水務集團公司，河南安陽 455000）

引言

目前，在我國城市供水系統中，變頻調速水泵得到了廣泛的應用。通常供水方式采用變頻調節水泵機組的轉速，穩定水泵出口壓力，以滿足用戶用水需求。此種供水方式，由于不能依據城市供水輸配水管網最不利點自由壓力（水頭）的變化，實時調整變頻調速水泵的出口壓力，供水系統不盡合理。結合安陽市西區供水工程實例，對西區約30平方公里供水區域最大時供水量、最小時供水量和一般時供水量進行了不同時間段研究分析。同時對西區供水輸配水管網進行了壓力、流量和地形實測分析研究，選擇了供水輸配水管網最不利壓力點。并在最不利壓力點設置了遠程壓力傳感器，根據不同時間最不利點壓力（水頭）數據，通過GPRS系統，將數據壓力傳輸到安陽市第四水廠送水泵房315kW變頻調速水泵機組。按最大時供水量、最小時供水量和一般時供水量的時間段，實時調整變頻調速水泵岀口壓力值。從而調節最大時（段）、最小時（段）和一般時（段）輸配水管網最不利點自由壓力（水頭）值，有效的解決了西區供水壓力不足的問題，滿足了用戶用水需求。

1.安陽市西區供水現狀及存在的問題

安陽市城市供水區域地形呈西高東低，高差約29米，東部位于城市下游，供水由第四水廠和其他水廠供給。西部位于城市上游，由第四水廠供水，城市供水輸配水管網統一。長期以來，由于西部地勢較高，特別是位于鋼花路以西至外環路；文昌大道以北至鄴城大道，面積約30平方公里供水區域（以下簡稱西區供水），居民樓前供水壓力僅0.14～0.16Mpa，不能滿足居民用水需要。若提高安陽市城市供水輸配水管網壓力，來解決西區供水壓力低及供不應求的問題，則會造成運行費用增高、漏損率增大、爆管頻率增多等事故發生。

2.安陽市西區供水方案及實施內容

2.1 西區需水量預測及居民樓前服務壓力的確定

針對安陽市西區供水存在的問題，進行了供水區域用戶水量的調查及輸配水管網供水壓力的測試。西區供水區域用水量主要分為居民生活用水、工業企業用水、市政用水等，根據供水經營收費用水量統計分析及預測，平均日需水量為3.6萬立方米，居民用戶樓前基本服務壓力為0.23～0.25Mpa，即可滿足西區用戶用水需求。

2.2 西區供水方案及實施內容

利用安陽市第四水廠送水泵房已裝設完好的315kw高壓變頻調速水泵6號機組向西區供水。（機泵參數見表1）

表1 6號水泵機組參數一覽表

該方案啟動6號機組，采取以下措施：

關閉第四水廠送水泵房外壓力出水東西聯絡DN1000蝶閥，同時關閉沿鋼花路所有輸配水管網東西聯絡閥門。形成獨立的西區供水系統。

在西區供水區域內，選擇大唐電廠供水管段節點處，確定為西區供水輸配水管網為最不利點。

在西區輸配水管網最不利點處，裝設遠傳壓力傳感器，壓力數據通過GPRS系統傳輸到第四水廠送水泵房的控制及顯示系統，根據不同時段的壓力需求，設置變頻調速水泵的出口壓力，通過變頻控制系統，變頻調速，以達到西區供水管網最不利點壓力的穩定和調節作用，以滿足用戶用水需求。

3.6號機組向西區供水運行工況及效果

3.1 最大供水量時和最小供水量時水泵靜揚程的確定

考慮到變頻調速安全穩定合理運行，計算水泵靜揚程（見公式（1）（2））如下：

式中：Z1最不利點自然地面高程（85.00m），Z2第四水廠清水池最低水位高程（79m）；為確保用戶用水安全，最大供水量時，確定輸配水管網最不利點自由水壓（水頭）hmax＝0.28Mpa（28m）；最小供水量時，確定輸配水管網最不利點自由水壓（水頭）hmin＝0.26 Mpa（26m）；根據公式求得315kW高壓變頻調速6號水泵最大供水量時最高靜揚程Hoa為34m，求得315kW高壓變頻調速6號水泵最小供水量時最低靜揚程Hob為32m。

3.2 6號水泵運行工況

考慮到西區用水量變化幅度大的特點，為使第四水廠6號水泵合理運行，在運行期間均處于高效率工作區內，依據最大供水量時最高揚程H=Hoa+SQ2和最小供水量時最低揚程H=Hob+SQ2的管線特性曲線（S為吸水管、壓力管和輸水管摩阻系數總和），繪制水泵特性曲線Q—H和管線特性曲線組合圖（見圖1）

由水泵特性曲線和管線特性曲線組合圖（圖1）可知，利用變頻調速控制輸配水管網最不利點最大供水量時自由水壓（水頭）hmax＝0.28Mpa（28m）時，水泵工作點“a”為最大供水量時Qa=2400m3/h，最大揚程為Ha=0.39Mpa（39m）；最小供水量時自由水壓（水頭）hmin＝0.26Mpa（26m）時，水泵工作點“b”為最小供水量時Qb=1300m3/h，最低揚程Hb=0.34Mpa（34m），均在水泵高效率工作區內。

圖1 315KW變頻調速水泵特性曲線及管線特性曲線組合圖

3.3 西區供水系統運行效果

利用6號機組向西區供水，通過在最不利點裝設的遠傳壓力傳感器，實時將自由壓力（水頭）數據經GPRS系統傳送到第四水廠送水泵房變頻調速主控制面板，采用設定水泵出口壓力參數方式，變頻調速（見表2），以恒定（調節）最不利點壓力（自由水頭），滿足了西區用水需要。該方案至2019年10月實施運行后，系統運行穩定。

表2 315kW變頻調速水泵分時段出口壓力設定值

該系統依據最不利點自由水壓（水頭），實時調節水泵出口壓力值，與目前普遍采用的變頻調速水泵按最大時供水量設置變頻調速水泵出口恒壓變量供水，或利用用戶末端設置變壓變量供水更為經濟合理。

由水泵特性曲線與管線特性曲線組合圖（圖1）可知，該水泵在滿足近期西區用水量的前提下，隨著將來西區用水量的增加，可進行輸配水干管改造，形成環狀供水等，以減少管線水頭損失，從而使水泵工作點“a”向右移動可增加一定供水量，水泵運行仍在高效率區內，系統運行仍經濟合理。

4.結論

針對安陽市西區供水壓力不足的問題，進行了系統的分析研究。合理劃分了西區與東區輸配水管網供水分界線，確定了西區輸配水管網最不利點。利用第四水廠送水泵房315kw變頻調速水泵機組，向西區供水。實時調節最大時（段）、最小時（段）和一般時（段）輸配水管網最不利點自由壓力（水頭）值，有效的解決了西區供水壓力不足的問題，滿足了用戶用水需求。該方案具有投資少、見效快的優勢。投入運行后，具有經濟實用、運行穩定等特點，取得了較好的效果。