供水系统中电机能效优化控制技术应用分析

一、引言

在都市现代化的演进阶段，小区居民用水安全的关键环节离不开二次供水系统，其运作的稳固性与效能性极为关键，二次供水系统能源消耗问题日益暴露无遗，电机作为动力系统的核心动力核心要素。提高电机能效有助于减少供水成本投入，遏制能源的无谓消耗，进一步优化整个供水系统的管理及调控效能，追求为市民供应更优质、更稳定的饮用水资源，对电机能效提升调控技术进行深入分析与实施，现实背景下，小区二次供水系统持续发展具有现实意义[1]。

二、小区二次供水系统现状与问题（一）传统二次供水系统能耗问题

传统居住区二次供水设施，电机和水泵的匹配度往往不够高，实际操作阶段里，水泵多在非高效工作带内，诸多老旧住宅的水泵耗电量偏高，电机与水泵调节未能精确响应实际用水量需求波动，用水低谷期段，系统依旧在高功率下运作，造成能源无效消耗频繁，能源资源浪费现象明显。

（二）对系统管理和控制的挑战

传统二次供水系统的调控手段相对简陋，主要依靠人工操作及基础定时控制手段，未能快速且精确地调整电机及水泵的工作状态，小区居民面临用水量或压力变化，系统反应速度欠佳，水压波动频繁波动大，人工检查与保养工作量大，设备潜在隐患不易及时发现，系统操作风险及维护费用有所上升。

三、电机能效优化控制技术原理

（一）变频调速技术

1 基本原理与节能机制

电机供电频率的调节借助变频调节技术，对电机转速实施精确调控，在小区二次供水设施低谷时段用水量削减，压力感应器接收管道压力的增加，将信号反送至调控模块，系统按照既定程序，对变频器输出频率进行调整，减慢电机的旋转速度。水泵流量及扬程同步降至较低水平，减少了能源的无谓消耗，变频技术实现了电机的平稳启动，有效降低了启动初期的高电流冲击，能耗有所削减，电机及水泵的使用寿命得到了延长，运行更加平稳[2]。

2 在二次供水系统中的控制策略

探讨二次供水变频调速技术多采用恒压流量控制方式，实时监测管道压力，借助压力传感器进行监控，将压力信号引入PLC 控制体系，PID 算法对水泵电机转速进行精确校对，维持管网压力在预定值。用水高峰期段，多台泵组同步并联运行，电机转速随用水需求自动调整，用水低谷期段，仅维持一台水泵运行，保障小区有限的用水需求，用水量极少的时段，系统能进入待机模式，管网内压的恒定效果依赖气压罐，进一步加强电力节约。

（二）高效电机的应用

1 新型高效电机的特点与优

永磁同步电机借助稀土永磁体制造磁力，几乎无励磁损耗的固有属性，其效能水平较普通异步电机增加10%以上。在运行能效方面，异步电动机在负载率<50%时，其运行效率和运行功率因数大幅度下降，所以一般都要求其负载率在 75% -100%之间的经济区内运行，而永磁同步电机在转子上嵌了永磁体后，由永磁体来建立转子磁场，在正常工作时转子与定子磁场同步运行，转子中无感应电流，不存在转子电阻损耗，只此一项可提高电机效率 4%～50% 。在电机使用寿命方面，因异步电机工作时转子绕组有电流流动，而这个电流完全以热能的形式消耗掉，所以在转子绕组中将产生大量的热量，使电机的温度升高，而永磁同步电机的转子绕组中不存在电阻损耗，定子绕组中较少有或几乎不存在无功电流，使电机温升低，极低的温升也保证了永磁体的寿命，延长了电机的使用寿命。

2 与传统电机的性能对比

以同为 22kw 电机在额定工况下进行计算，例如异步电机的效率有 91.5% ，改成高效永磁电机后效率提高到94.7%时，每年节约电能约430kW.h，如果在二次供水实际运行中，负载率和转速实时变化的工况下节能效果远

远大于额定点。

传统电机运行时热量产出偏高，电机内部构造易受老化侵蚀，维护周期较短；而高效电机运行温度更低，可有效延长设备的耐用年限，实现产品全生命周期的成本缩减。

（三）智能控制系统集成

1 实时监测与数据分析

智能系统集成了各类传感模块，实时跟踪二次供水系统核心参数，水泵运行情况、管网压力数值、流量数据、水质状况及电机频率、电流、电压、温控参数等，搜集并剖析数据内容，精准评估设备运行状态及用水需求变动[3]。

2 优化控制策略的实施

凭借实时监控与数据解析，实施能效控制策略，若察觉水泵作业超时或负荷超限，系统自动切换至备用泵作业，协调各水泵作业时长与负荷，增加设备整体使用年限。智能控制系统可与住宅区物业系统或供水公司远程监控中心达成数据互通与互动，便于管理人员远程对二次供水系统实施监控与调度。

四、实施电机能效优化控制技术的建议

（一）前期规划与设计要点

小区二次供水系统设计初期阶段，需全面关注电机能效改进技术的实施，针对小区规模、居民用水习性及未来需求增长趋势进行布局，适宜选取电 机及水泵的型号与规格，追求匹配度同时，也应最大限度考虑设备安装空间与接口的充足预留，有利于智能控制系统的后续部署与升级，系统的设计单位需统筹评估初始投入与长期运营费用，依托科学的运算与周密剖析，构建最高性价比的设计蓝图。

（二）设备选型与安装调试

设备挑选阶段，优先采用节能高效、品质优良、技术先进的电机、水泵及控制装置，采纳知名品牌的永磁同步电机以及成熟的变频调控技术。在安装调试阶段实施，严格遵照设备安装手册及相应规范执行操作，对变频调节模块、智能监控设备实施细致的校准，使各项参数与二次供水系统实际运作条件相吻合，保障系统稳定运作。

（三）后期运维管理措施

构建全面的二次供水设施运维管理规程，按期对设备执行巡查、维护及保养，委派专业技术人员执行设备日常维护任务，及时应对设备运行中暴露的故障，对设备潜在故障进行预测性应对，事前规划维护计划，提升运维团队技术训练水平，优化业务技能与操作水平，稳定维持二次供水系统的运行秩序[4]。

结论

电机能效优化技术在小区供水二次系统中的实施效果分析及对策，有效突破传统供水系统能耗高、管理控制难困境的新途径，实施变频调速技术、高效电机及智能控制系统的融合途径，有效降低供水能源的消耗水平，增强系统稳定性与提高管理调控水平，着力打造更优质、更稳固、更安全的居民用水环境。从实际应用案例中提取规律，不论是老旧小区的翻新还是新建小区的布局，电机能效优化调控技术，实现经济与社会效益的双丰收，是小区供水系统未来发展的关键与核心，推广并提升电机能效控制技术的应用与优化刻不容缓，持续挖掘创新潜能，为城市供水事业的长远发展添砖加瓦。

参考文献

[1]廖启智.虎牙电站技术供水系统水泵电机改造措施[J].水电站机电技术,2023,46(11):50-52.

[2]仇宝云,方涛, 刘木秀,黄晓磊.大型泵站电机轴承间接供水系统冷却计算与优化运行[J]. 江苏水利,2022,(03):46-51+60.

[3]陈鹏麒,李斌,陈炜.管网叠压供水系统异步电机最小损耗控制研究[J].微电机,2010,43(06):24-27.

[4] 李斌, 罗富强, 陈炜, 李洪凤, 柴秀强. 基于异步电机效率优化的变频供水系统研究[J]. 电气传动,2010,40(03):32-35.