引言

水泵供水系统是为了满足城市居民用水的需要从而根据不同地区用水量的差异、通过水泵的变化来调节水压及流量的供水系统。有两种常用方式可以实现供水系统调节。较为传统的方式是通过控制水泵阀门的大小来控制流量，开大阀门，水流增加，关小阀门，水流减小。在工作时通过电机控制阀门可能出现过载现象，有时会出现在水流量较小时压力反而较大等问题。另一种调节水泵压力和流量的方式是概念水泵的转数，如果需要流量较大，可以调高水泵转数。如果需要较小的流量，则可以降低水泵的转数。实际工作中，水泵转数的调节主要通过使用变频器来实现。

1中低压变频器在核电厂水泵使用的意义

目前，核电厂中的6kV风机、水泵绝大部分电机都是异步电机，国内外经过长期的研究和探索，常用的异步电机的节能改造技术有变频改造、变极改造、永磁改造等。变频改造通过加装高压变频器对水泵电机转速进行调速控制，这种方法需要增加变频设备。变频调速为无级调速，调速范围广，适用于各类交流电动机，节能效果好，变频调速与其它调速方案相比，具有以下优点：1）电机输出转矩特性基本上保持了原来固有特性，转差率小，启动转矩大；2）频率变化大，调节范围宽，且能实现无级调速以及可以方便实现自动化控制系统(如DCS系统等)的通讯；3）可恒功率调速，也可恒转矩调速；4）直接与DCS联系，可便于通过变频器内置的PID功能实现闭环控制。随着现代电力电子技术、自动控制技术和微电子技术的不断进步和控制手段的日趋完善，高压变频技术变得渐渐成熟，采用变频调速节能在技术上完全可行。同时，由于变频调速技术带来的巨大的节能效果和操作方便性，对水泵电机的变频改造也显得十分必要。

2核电厂水泵应用中低压变频器的策略

2.1在水泵并联系统中对变频调速泵的应用

在水泵并联系统中应用变频调速泵，是多个水泵相互并联形成的泵系统。加强对这些水泵的变频调节，也可以达到一定的流量控制。但是，由于变频器在市场上具有较高成本，如果在控制泵的时候应用的变频器为一对一方式就达不到一定的经济性，所以，需要对水泵进行改造，实现变频调速泵，保证能够在水泵系统内实现，但这种变频调速泵只能改变一个，其他的不进行变频，确保其处于原有的工作状态，这样在相互并联系统中才会获得有效的节能效果。在并联系统中连接水泵并进行工作的时候，需要先启动变频调速泵，随着流量的不断增加，直接停止到限额流量。如果发现变频调速泵获得系统发来的反馈，期间会降低速度，保证系统的流量能够降低到符合的要求。

2.2变频器技术

2.2.1电压源型变频器

电压源型变频器的直流环节储能元件采用大电容,直流电源内阻较小,对于负载来讲相当于恒压源。这种变频器的逆变器中采用的器件主要是场效应电力电子器件,这类功率器件的开通和关断由电压信号进行控制,我们也称之为电压源型电力电子器件。常用的器件有场效应晶体管(MOSFET,最高额定电压约600V)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT,最高额定电压约3.5kV)、集成门极换向晶闸管(IGCT,最高额定电压约6.5kV)等。电压源型变频器主要有中性点箝位变频器、单元串联变频器和NPC/H混合型变频器等几种。目前市场上应用较多的是中性点箝位变频器和单元串联变频器。

2.2.2电流源型变频器

电流源型变频器的主要特点是采用大电感作为中间直流储能环节,对于负载来讲相当于恒流源。这种变频器的逆变器中主要采用晶闸管类器件如半控型可控硅晶闸管(SCR,额定电压约12kV)、全控型门极关断晶闸管(GTO,额定电压约6kV)等,这种功率器件一般通过电流信号的变化来控制器件的开通或关断,我们又称之为电流源型电力电子器件。这种变频器电流保护实现较为容易,但耐压要求较高。电流源型变频器主要有负载换相式(LoadCommutatedIn－verter简称LCI)变频器、门极关断晶闸管(GateTurnoffThyris－tor)简称GTO式变频器。从元器件的角度来分析,电流源型变频器所使用的晶闸管,技术已经经历了30年的发展和运行,技术成熟,并且结构简单,耐压和过流的能力很强,故障几率较小,可靠性较高。电压源型变频器使用的IGBT和IGCT是后发展起来的大功率技术元件,运行经验较短,在耐压和过流方面比起晶闸管差些,但具有开关速度快，关断均匀，输出波形号等优点。

2.3工作方式

变频器供水系统主要有两种工作方式:一是现场操作，二是远程操控。现场操作主要是通过手动完成的，同时具有信号反馈的功能，适用于当变频器出现故障需要维修或者对其进行定期检查时，可以根据现场情况和水泵的实际情况进行操作，控制系统的停止或者开始。在远程操控变频器的过程中，主水泵和备用水泵通过循环投切的方式开启切换，当变频器出现故障时，软启动器自动按下转换按钮，从而代替变频器工作。当合上自动开关后，主水泵的电机就进入工作状态，变频控制器就开始上升，同时可以对传感器的压力数据进行检测。如果水压较小，变频输出功率就会不断升高，达到50赫兹时，主水泵就会以工业电压频率工作，启动备用水泵并不断加大水压，这样就可以使压力达到水泵可以正常工作的状态。如果水泵系统在工作的时候遇到突发状况，如停电或其他故障造成停机，系统会自动重启，然后按照预先设置好的顺序启动变频器和水泵。要使供水系统正常工作，系统调频设置非常关键，操作人员应将供水管路总压力作为变频水泵的最高工作水压，然后科学设定变频器压力，这样可以有效提高系统的压力曲线。通过这样的设定，就可以使供水系统中的主、备用泵之间总有一台处于正常工作状态，同时使另一台停止工作或以工业电压频率工作。

2.4变频调速系统在水泵电机中的应用实践

我国泵站中较为常用的是Q400-13-30型潜水电泵，通过厂家公布的性能曲线，可以查得其最优工况点A=595m3/h，运行效率约为70%。该潜水泵可调工况范围大，流量在280～700m3/h，此范围内综合运行效率在52%～70%。对于此类工况变化较大的水泵，建议优先考虑采用变频调速节能技术，可选择常用的CVF-P2型变频器，该变频器市场价约为1.5万元。假设安装变频器后水泵电机能节能35%，根据水泵电机30kW的额定功率计算，一年能节省的电费就高达1.5万元，即1年节能效益即可收回投资成本。上述成本分析是基于大型泵站考虑的，对于小型泵站站或家用的潜水泵，由于不需要经常变换工况，变频节能器的投资成本可能需要5年以上的节能效益才能收回成本，因此性价比较低。

结语

在传统水泵站中，主要通过调节阀门或挡板的开度来实现节流，此种节流调节方法操作简单，成本低廉，但缺点是会造成大量的能源浪费。根据水泵电机的运行调节原理，学者们提出了变频调速节能技术，此技术能够有效降低水泵电机的能耗。然而变频设备前期投入成本较高，甚至高于水泵的价格，这在一定程度上制约了其广泛应用。近几年，随着变频技术的飞速发展，变频设备价格越来越低，性价比逐渐凸显。对于需要经常调整工况的大型泵站，水泵电机实施变频调速节能改造，其初期投资成本最快在1年左右即可收回，可见变频调速节能技术值得在水泵电机中推广应用。

参考文献

[1]邓云天.基于高压变频调速技术的电动给水泵节能改造[J].机械制造，2020，58（7）：42-45.

[2]李祥志.试谈变频调速节能控制在水泵电机系统中的应用[J].科技创新导报，2020，17（15）：86-87.