浅谈深圳市二次供水泵房电气设备智慧化改造与节能降耗工作

浅谈深圳市二次供水泵房电气设备智慧化改造与节能降耗工作

倪嘉惠

深圳市水务（集团）有限公司 广东.深圳 518000

摘要：供水企业正逐步推进居民小区二次供水泵房智慧化改造工作，如何在改造过程中优化对设备能耗的控制，是供水企业智慧化建设过程面临的新挑战。本文首先介绍了二次供水泵房智慧化改造现状以及面临的问题，并从设备选型、优化控制策略、选用变频调速控制方式方面提出了解决思路。

关键词：二次供水;泵房;电气设备;节能降耗;智慧化改造;

引言

为推进优质饮用水入户工程，解决城市供水“最后一公里”水质问题，深圳水务集团针对居民小区供水系统重要环节——二次供水泵房进行泵房标准化智慧化改造。在改造过程中，遇到了许多问题，严重制约泵房设备节能降耗工作顺利进行，这给供水企业的运营成本控制带来很大挑战。在新时期，供水企业应积极顺应时代潮流，最大限度确保电气设备合理科学配置，并对供水泵房电气设备进行智慧化改造，加强设备节能降耗工作。

1.二次供水泵房的运行原理

1.1运行原理

二次供水电气设备是指为保障二次供水水质、水压和水量而设置的水泵机组、消毒设备、电控设备等设施设备，具有加压和消毒或深度处理等重要作用。

结合深圳市二次供水泵房的实际运行情况来看，地下水（池）箱+变频调速水泵供水方式供水安全性和稳定性较好，是较为推荐的改造方案。通过液位计与电动阀门相结合的控制方式来控制水箱进水，确保运行过程中水箱的蓄水量相对恒定。按照楼层高度划分加压分区，设定不同分区的水泵机组的出水压力，选定水泵的流量、扬程等参数。二次供水系统由多个附件组成，其中主要包括水箱、电动阀门、水泵机组、液位计等。二次供水泵房的运行原理主要包括以下几方面内容:

(1)通过对水泵的变频调速来确保在供水量较大时水泵和泵组之间能够具备足够的调节范围，同时确保泵组能工作在高效运行区间。

(2)控制系统运行过程中应用了PLC模块进行控制；

(3)泵组自动控制系统调控过程中，采用远程信号控制接口，接入供水企业的二次供水管理平台。该系统可以实时监控泵房内流量、水压、水质和安防门禁等情况，满足泵房运行过程中的远程数据传输需求，同时还可以保证在无人值守情况下的有序运行。

1.2电气设备

随着信息化水平的持续提升，二次供水泵房已可以完成远程数据传输、远程控制、信息采集以及自动报警等功能，同时利用PLC控制系统连接终端方式可实现对多台设备的集中控制。一旦出现故障，可自动触发报警,并完成控制的切换。具体来说，二次供水泵房的电气设备主要有以下三类:

（1）水泵机组

一般情况下，根据居民小区的建筑高度，每间隔9-10层划分为一个加压分区，每个加压分区根据流量需求设置水泵机组数量，如一用一备+一辅泵或是两用一备+一辅泵等。

根据现行《二次供水设施技术规程》要求，水泵选用电机能效应满足现行国家标准《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》GB18613规定的Ⅱ级能效标准。

（2）仪器仪表

水泵出水管处安装高灵敏压力传感器，使各区水泵在设定的压力下恒压运行。

水箱进水处安装液位计及浮球阀控制进水阀门启闭，保证水箱内液位恒定。

安装在线水质监测系统，配备pH、余氯、浊度等在线仪表，24h监测水质情况，并新增一套紫外线消毒器，充分补充了供水末端可能产生的余氯不足，有效保障最后一公里的水质安全。

二次供水泵房内部还会设置相应的安防系统，安防系统包括人脸识别一体机、声光报警器、指纹门禁、摄像头等设备，可以更好地对现场数据和信息进行实时收集，一旦存在问题也可以在第一时间传送到中心控制室，确保调度工作人员可以采取针对性措施，在出现紧急情况的时候可以发出警报，为系统的正常运行以及设备、水源的安全提供坚实保障。

（3）电控设备（PLC）

主要控制作用：①控制多台水泵（包括备用泵）循环软启动，周期性地以变频方式工作；②控制备用泵的自动启动.当第一台水泵电机以变频方式运行，并达到额定功率（即变频器输出电源频率达到50Hz），而供水管网压力未达到设定压力时，第二台水泵电机会自动启动，并以工频方式运行，这时若管网压力仍不能达到设定压力时，第三台水泵电机会自动启动，第一台水泵仍以变频方式运行，达到保持管网恒压的目的，投入运行的水泵数量由装置根据管网压力自动控制。在PLC的控制下，机组开启顺序、阀门开关等环节都可以实现灵活控制，如果出现故障也可以及时控制开关关闭。

2. 二次供水泵房智慧化改造现状

目前，供水企业正逐步对接收的居民二次供水泵房开展智慧化改造。通过智慧化改造，实现泵站现场无人值守，能耗分析、运行数据实时传输保存，运营管理平台全面感知、可视化管控、智能化运维的目标，构建“先进可靠、经济安全”的“标准化、智慧化”泵站。但由于原有建设条件限制、改造经费不足或设计方案不合理等原因，泵房整体节能降耗方面仍存在不足。

2.1设备选型不合理

（1）设备选型方面，第一批改造泵房在设备选型方面，由于缺乏历史运行数据，过于保守估计，导致设计存在较大冗余，而与实际居民用水曲线不符，设备选型偏大，存在严重“大马拉小车”现象，能耗高，运行效率低，未能运行在水泵高效区间。

（2）对于新建居民小区，设备选型满足100%入住时的用水需求，而在前期入住率较低时，设备已按100%入住率情况进行设定，与实际用水量不符，也造成能源浪费。

2.2设备没有一对一控制

设备控制方面，受现有泵房空间布局的制约，部分泵房电控设备无法增加一对一控制模块，出现PLC控制“一拖二”或“一拖三”等情况，设备运行可靠性较低。在水泵切换时，会出现水压不足，切换时间长等情况。如遇控制设备故障，将导致用户停水。

2.3设备不能变频调速运行

设备参数方面，受改造经费制约，部分老旧泵房未配置变频调速水泵，水泵仅能工频运行，不能随实际供水量变化而调节水泵流量。用水低峰期时，无法保证水泵机组始终工作在高效区。

3.二次供水泵房智慧化改造的节能降耗措施

3.1选用合适的设备

水泵选型应“一站一方案”，采用成套设备；

采用水箱加变频水泵增压方式，并根据近、远期加压用水量，对水泵进行合理配置。如新建小区刚入住时，选用2台流量较小、扬程合适、功率7.5kW水泵供近期使用，互为备用;后时考虑远期供水量，使大、中、小泵搭配使用既满足小区供水量，又使得水泵运行在高效区，节能降耗。

3.2优化运行控制策略

水泵应设置在高效区间内运行，水泵于额定转速时工作点应位于水泵高效区的末端；

水泵应采用一对一控制；

优化控制系统，采用1台水泵配置1台变频器的运行方式，并在水泵出水管上安装高灵敏压力传感器实行闭环控制，使各区水泵在设定的压力下恒压运行，从而避免压力波动对用户造成影响。

3.3选用变频调速设备

传统工频运行水泵，其配套电机以额定转速运行，并以额定出水量供水，当用水量减少或在用水低谷时，管网压力过高，水龙头和输水管道容易被损坏，也造成电能与水资源的浪费。

选用变频调速水泵时，用水高峰与低谷流量差值大的水泵节能率高，用水高峰与低谷流量差值小的水泵节能率低。实践证明，使用变频恒压供水方式，不但能够节水节能，而且提高了供水质量，保证了供水管网的安全运行。

4. 结束语

合理科学配置泵房电气设备、推进泵房智慧化改造、降低设备能耗，是新时期供水企业智慧化建设的必然要求。从二次供水泵房的智慧化改造现状分析，通过在选择合适的设备参数、优化运行控制策略、选用变频调速控制方式等方面进行改善，仍有节能降耗的改进空间。

参考文献

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