绍兴平水江制水有限公司
摘要：净水厂的安全平稳运行是水厂设计的要点，其中水厂的关键设备及附件需要考虑源水的状况、管网现状等外部条件来决定设计参数。本文结合实际对净水厂的水泵、液控阀、变频器等技术选型和经济性进行了研究对比，得出了优化的结果。
关键词：水泵工作扬程优化；水泵高效区；水锤计算；高低压变频原理
工程概况：绍兴平水江水厂（2016年底建成）建于清水接入点附近平地，采用独特的双水源供水。一路清水接入点距曹娥江引水工程河道距离较近，采用引水泵提升扬程进入沉淀池。另一路取自平水江水库，距平水江水厂约11km，水库原水通过DN1400管道重力自流进入水厂。
从能耗上分析，水库死水位时原水能自流入水厂，利用了原水能量。大大降低了能耗。作为水厂的主要供水设备水泵、变频电机承担了全厂电耗的30%～50%，提高设备可靠性，降低运行成本大有潜力可挖。以下就水厂主要的关键设备输水泵、水泵出口止回阀、水泵调速用变频器的选型优化进行分析。
1、水厂主要生产设备水泵、止回阀、变频器的选型分析
1.1、离心泵选型分析：
取水泵房、二级泵房、反冲泵房均用到离心泵，根据大流量的要求和设备布局，选取了中开卧式双吸泵，它具有如下特点：相当于两个相同直径的单吸叶轮同时工作，在同样的叶轮外径下流量可增大一倍；泵壳水平中开，检查和维修方便，同时，双吸泵进出口在同一方向上且垂直于泵轴，利于泵和进出水管的布置与安装；双吸泵的叶轮结构对称，没有轴向力，运行较平稳。
根据调研结果，大型双吸中开泵国内知名品牌有长沙水泵、上海水泵，合资品牌有安德里茨、KSB、格兰富等。国产泵与合资泵在性能上存在一定的差距，主要表现在国产泵高效区相对较窄，轴功率较大。以下是同一流量泵的性能对比。
3、水泵动力源变频器的选型
3.1、高低压交流变频调速技术的区别
交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，主要用于交流电动机的变频调速，目前已成为水厂水泵调速的主流技术方案。
根据离心泵的选型结果，二泵房、取水泵房大功率水泵单台功率在250KW以上，可供配套的电机可以是高压10KV，或者中压690V二种方案。（设计院初步方案是高压10KV）配套的变频器则也分为高压变频与低压变频二种模式。
近年来各种高压变频器不断出现，可是到目前为止，高压变频器还没有像低压变频器那样近乎统一的拓扑结构，单元串联多电平型变频器在我国市场上新售的变频器中占绝大多数。高压变频器采用的高压电容器3-4年就需更换一次，大功率器件、熔断器在运行中都存在故障隐患，可靠性不及低压变频器。高压变频出现的问题都是低压变频器不曾出现或出现极少的问题，或是低压变频器容易解决的问题，因此使用低压变频器对系统来说更为可靠、简单。
选用10kV“直接”变频，从技术和经济角度看都不合理。目前所有的“直接”高压变频都不是真正的直接变频，在其输入侧都有变压器或者依靠电子器件的串联，因此电动机和变频器没有必要和电网电压一致。变压器从高压变到低压有多种成熟产品可以选取，从经济角度和运行可靠性来衡量，把原设计方案的“高压10KV电机+高压变频器“更改为：“10KV-690V整流变压器+690V变频器+690V低压电机“更为合理。
3.2、对电网谐波污染的控制
对电网的谐波污染主要取决于整流电路的结构和特性。减少电网谐波污染的主要方式有两种：多重化整流和PWM整流。单元串联多电平高压变频器通常整流脉冲数较多，对电网谐波污染较小。两个标准的6脉冲整流器通过一个30°移相变压器并联到三相系统。通过次级移相绕组，主电路中的次级电流之和可以消除5次，7次，17次和19次谐波。减少对电网谐波干扰，净化电网环境。符合GB/T14549-1993《电能质量：公用电网谐波》。可以通过当地电力部门的设计审核。
4、结论
4.1、按照实际工况进行计算选取的水泵参数，水泵扬程比设计值下降了10米，水泵轴功率比原设计功率下降10%，水泵效率在87%以上，对降低生产运行成本具有实效。
4.2、按照计算公式选取的液压缓闭止回阀，防止水锤的效果优于原设计方案的微阻缓闭止回阀，可有效降低水锤影响。
4.3、按照市场调研的变频器内部结构与电路拓朴分析，优化后的变频器方案取消了10KV的高压变频方案，代之以技术成熟性能可靠的低压690V变频方案，提高可靠性。
参考文献：
[1]《山西省中部引黄工程水泵泵型优化研究》山西省水利水电勘测设计所李明2013.01
[2]《有压输水管道系统气液两相瞬变交流研究综述》河海大学水利水电工程学院郑源刘德有2002.11
[3]《高压大功率变频器研究》济南钢铁集团总公司自动化部2008.01