温志军

（北京中燕通科技开发有限公司，北京 101102）

0 引言

水处理提升泵系统具有多变量、高相关、非稳态、大滞后等特点，如果设计规模与泵本身的处理能力不符合、泵的容量远高于处理能力或在运行初期暂时超过处理能力，都会造成资源浪费。部分泵则难以达到系统满载所需要的处理能力。提升泵多泵组合有各式各样不同的控制方式，如手动控制、自动控制等，自动控制又分为超声波连续液位控制、液位开关控制等方式。传统控制方式过于复杂的控制策略与控制流程，导致难以执行和维护；有的系统又过于简单，系统难以稳定运行，无法正常应对各种水量变化的特殊情况。在提升泵的提升能力方面，调度的不合理、各级提升之间无法通信、水量处理不及时或突变带来的冲击是整个系统应用的主要瓶颈。

1 传统水处理提升泵站的组成

水处理提升泵系统和恒压供水的管道系统不同，一般是非恒压的管道系统。城市生活污水和雨水通过各级提升泵站到达最后的污水处理厂，一般每个泵站设计3 台相等容量的水泵，分别编号为A 泵、B 泵、C 泵，任意2 台水泵的能力即可满足最大提升能力。一般3 台水泵采用2 用1 备的运行方式，3 台水泵同时运行的情况只有在水量突变的特殊情形下才可能出现。提升泵控制系统内设置了几档水位，分别对应水泵停转、单泵运行、2 泵运行和3 泵同时运行的状态。

有的水泵的启停控制与出水管道上的电磁阀设置联锁（机械与电气双重互锁），阀门关闭时才能启动水泵，有的水泵管道上有逆止阀防止倒流。水泵停止的时候要防止水锤效应，防止管网压力突然过大或过小。

2 传统水处理提升泵控制的主要问题

当整体泵站实行手动开启泵时，泵的运行数量根据数据进行调整。人工控制法的控制效果与操作人员的经验有密切关系，在来水量变化频繁、集水井容量较小的情况下控制难度很大。自动控制需要控制设备开启数量、泵的轮换，对故障信号识别报警；当水量变化幅度大时，使用浮球液位开关进行控制容易造成泵的频繁启停，影响水泵的使用寿命。使用变频控制水泵会带来一系列好处，如软启动、软停止、无级调节流量等，可以低速连续运行，如果控制策略设置不当也会带来一系列问题。

3 传统水处理提升泵控制策略

（1）启停控制。一般是制定最低液位和最高液位，调整停泵液位、开泵液位、加泵液位和减泵液位，如计算从当前液位到最低液位或最高液位的时间，来调整控制液位。

（2）轮休策略。为保证水泵运行时间能够均衡，避免备用水泵长时间不运行而导致绝缘电阻下降、使用寿命缩短等问题的发生，采取循环启动水泵的轮换运行方式，确保每台泵运行时间近似相等以延长寿命。

（3）增减泵策略。利用增加泵台数（变频增速）或减少泵台数（变频减速）来调整流量，尽量避免频繁启停造成水流量波动大、能耗高的问题。根据实际情况确定不同泵的数量、开停组合和液位控制条件，利用液位变化率对增减泵控制液位进行动态调整，选择水泵启停切入点，减少水泵的启停次数；利用变频的渐变调整替代工频泵的整体切换，利用变频器的调速功能减少对管道阀门和后续处理单元的流量冲击。

（4）备用泵原则。让数台泵互为备用，延长提升泵站的运行时间，尽可能实现不间断输水。

（5）调容方法。增大前池调蓄容积可以增加提升泵的控制能力，但是可行性受资金投入及工况限制。可以采取与水厂调节池联合调度的方式将调节池当作系统可调蓄的大容量前池，增大前池调蓄容积，达到预期节能效果。

（6）降低泵扬程。理论上给提升泵增加势能可以节能。在确保不溢流的情况下，采取高水位运行方式，可以减少泵的静扬程，降低提升能耗，但是会减少提升系统抗击来水冲击的能力。

（7）泵变频特性曲线。变频泵尽量以最节能的调速频率运行，根据泵的特征曲线，使提升泵工作在效率较高的工况点。需要考虑变频节能频率范围，进行需水预测管理。

（8）概率的控制策略。根据泵启停概率的最大值和最小值，首先启动概率值最小的泵，停止概率值最大的泵，根据泵寿命、使用频率和影响程度判定具体启停哪些泵，在很大程度上提高了提升泵使用均衡性，延长提升泵的使用寿命，缩减泵检修频率。

（9）启动电流的影响。避免电机功率过大导致过大的启动电流对电网和设备造成冲击，解决变频泵在切换时因负载电流突变对变频器的电流冲击。

4 传统水处理提升泵控制方式的弊端

各类影响提升泵控制策略的原因，导致传统控制方式有以下弊端：①总来水量不足，有时候造成停水；②来水量冲击，破坏污水生化处理能力；③处理不及时造成管网溢流；④来水量变化很难预测，不同的时间和天气都会发生巨大变化；⑤设置的启停液位导致水量变化突然，对电网、管网和污水处理造成冲击；⑥采用智能控制中模糊控制、专家系统的控制方法，除了需要人工预先做出策略，实施难度也极高，具体的使用和维护要求很高。

5 一种全新的水处理提升泵控制方法

发明专利《一种水处理的提升泵频率控制方法》（申请号：201810351894.7）公开了一种水处理的提升泵频率随动控制方法，能利用变频器的频率调整功能调整流量，根据进水管网流量变化造成的集水井液位变化进行自动控制，能连续、及时、可靠地实现提升泵的流量控制功能。该发明需要的监测和执行设备很少，却极容易实现自动随动控制。运行过程中可以完全脱离人员干预操作，减少运行和维护成本。适合建设期的新设计的系统，也适合对原有系统进行改造。

所有的水处理提升泵都由变频器控制，集水井内安装连续测量液位高低的液位计，液位计的测量值输出给变频器、PLC、控制仪表或工控机。设定集水井液位的较低值对应变频器的最小输出频率，设定集水井液位的较高值对应变频器的最大输出频率。提升泵变频器的频率和液位计的测量值按线性变化，使得变频器输出达到最大频率的液位称为满频液位，满频液位可以高于真实的集水井最高液位，也可以低于真实的集水井的最高液位。通过液位计输出值的大小控制变频器的频率设定值。通过调整提升泵的启动数量和对应满频液位的高低设定值来改变进水流量。在提升泵的保护液位以下，所有提升泵自动停止运行；在提升泵的保护液位以上，收到启动命令的提升泵自动开始运行。

所有的提升泵共用一台变频器控制或每台泵使用单独的变频器控制。液位计可以采用超声波式、静压式、激光式、滑动或转动机构式液位计。在满足进水流量的情况下，多余的、备用的或有故障的提升泵不启动。在扬程基本不变的情况下，假定集水井最高液位是10 m，实际液位在5 m，改变满频液位的流量计算式：泵的流量=泵的额定流量×（实际液位/满频液位）3。

6 具体实施的实例

某污水处理系统有3 台7.5 kW 提升泵，提升泵保护的最低液位为1.0 m。每台都有变频器，都能单独启动和停止，3 台提升泵共用1 台集水井的超声波液位计。

步骤1：设定每台提升泵最低频率对应的液位为0.0 m，设定每台变频器最高频率50 Hz 对应的满频液位8.0 m。例如集水井实际液位为6 m 时，提升泵的运行设定频率为37.5 Hz。

步骤2：设定停泵液位1.0 m，根据进水流量的需要启动1台提升泵。

步骤3：集水井实际液位为7 m 的时候，提升泵的运行设定频率为43.75 Hz。

步骤4：观察一段时间，如果感觉进水流量偏大，可以将每台变频器最高频率50 Hz 对应的液位改为9.0 m。例如集水井实际液位为7 m 时，提升泵的运行设定频率为38.8 Hz。

步骤5：当液位低于0.9 m 时候，提升泵自动停止。当液位高于1.0 m 时候，提升泵自动启动。

步骤6：提升泵长期运行，会自动找到频率和液位的平衡点，达到基本稳定的进水。

该发明能利用变频器的频率调整功能调整流量，又根据进水管网流量的变化造成的集水井液位的变化进行自动控制，能连续、及时和可靠地实现提升泵的流量控制功能。

7 总结

成果和经验：①水处理提升泵最好采用变频控制；②水泵的集水井要配备连续测量的液位计；③全部变频控制的水泵最好连续运行，没有主、备用水泵的区分；④满频液位可以低于或高于真实集水井的实际液位；⑤根据提升能力或污水处理的实际能力，参考前一天的实际水量调整泵的运行数量或满频液位来控制提升水量，降低满频液位会增加总进水量；⑥低来水水量的时候，不会造成进水停止，低水位会导致运行频率下降，而泵的流量和频率是三次方关系，流量会剧烈下降，保证连续进水不停歇；⑦运行过程中自动平衡的液位由于永远都不会达到很低的停泵液位，实际上是增加了提升泵的势能，具有节能功效。