劉開文

摘 要 變頻恒壓供水設(shè)備是一種新型的節(jié)能供水設(shè)備。將變頻器與電機(jī)水泵組合而成的機(jī)電一體化高科技節(jié)能供水裝置。變頻恒壓供水設(shè)備以水泵出水端水壓為設(shè)定參數(shù)，通過自動控制變頻器的輸出頻率從而調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使供水系統(tǒng)自動恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值，這樣就保證了整個用戶管網(wǎng)隨時都有充足的水壓和水量。

關(guān)鍵詞 恒壓供水 變頻器調(diào)速 節(jié)能

一、恒壓供水的原理

變頻恒壓供水設(shè)備投入運(yùn)行前，首先應(yīng)設(shè)定設(shè)備的工作壓力等相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，設(shè)備運(yùn)行時，由壓力傳感器連續(xù)采集供水管網(wǎng)中的水壓及水壓變化率信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號傳送至變頻控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將反饋回來的信號與設(shè)定壓力進(jìn)行比較和運(yùn)算，使供水系統(tǒng)自動恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值：即用水量增加時，頻率提高，水泵轉(zhuǎn)速加快；用水量減少時，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢。直至管網(wǎng)壓力恒定在設(shè)定壓力范圍內(nèi)。

二、方案

蘭新第二客運(yùn)雙線九標(biāo)烏魯木齊三葛莊制梁場施工用水；九標(biāo)項(xiàng)目部要求烏魯木齊三葛莊制梁場、九標(biāo)第二攪拌站、九標(biāo)預(yù)制板廠、九標(biāo)二工區(qū)采取集中供水，日高峰用水量約800至1000噸（24小時）。根據(jù)水文勘測距烏魯木齊三葛莊制梁場直線距離約2.5公里處地下水源可滿足供水需求。

現(xiàn)場實(shí)地觀測供水管線需穿越既有高速公路、在建蘭新第二客運(yùn)雙線。

供水管網(wǎng)主管網(wǎng)從水井泵房到烏魯木齊三葛莊制梁約3公里，高差約80米 ，不含預(yù)制板廠、二工區(qū)、第二攪拌站分支管網(wǎng)。供水主管網(wǎng)根據(jù)現(xiàn)場情況分別要穿越既有高速公路涵、在建鐵路橋，二工區(qū)、第二攪拌站供水管網(wǎng)要穿越在建鐵路橋、涵?？紤]冬季因天氣寒冷無法施工供水管網(wǎng)采用明敷，在管網(wǎng)管道處安裝排水閥以便在冬季休工前將管網(wǎng)中的積水排除防止管網(wǎng)管道凍裂。

因受環(huán)境、征地等影響不使用蓄水池蓄水加壓，采用10m3壓力儲蓄罐。主管網(wǎng)采用（水井泵房至制梁場）150mm1.6MP鍍鋅焊管，分支管網(wǎng)采用80mm1.6MP鍍鋅焊管，供水量不足時可分時、分段、分區(qū)供水，各用水單位均要錯開用水高峰并建蓄水池不小于100m3。

1、深水潛水泵；2、輸水管；3、單向止回閥；4、18、壓力表及壓力變送器；5、連接法蘭；6、壓力儲蓄灌；7、壓力儲蓄罐排污閥；8、13、蝶閥；9、12、14、17、軟連接；10、15、立式多級離心泵；11、16單向止回閥；9、排污閥；20、供水管網(wǎng)

三、變頻恒壓供水設(shè)備選型

1、深水潛水泵

根據(jù)井深98米直徑0.3米，選用250 QJ63-120/6深水潛水泵；機(jī)座號250（直徑250cm）、流量63m3/h、揚(yáng)程120m、水泵級數(shù)6級、電動機(jī)功率37KW、77.8A、轉(zhuǎn)速2875r/min。63？4=1512m3。

2、加壓泵

輕型立式多級離心泵，型號 CDL65-50FSWPC ；流量 65m3/h 、揚(yáng)程120m、電動機(jī)功率30KW 、58A、轉(zhuǎn)速2900r/min。65？4=1560m3。查閱技術(shù)參數(shù)CDL65-50 H=120m、Q=30 m3/h，H=105m、Q=50m3/h，H=88m、Q=65m3/h。

3、變頻器

變頻器的功率 當(dāng)一臺變頻器驅(qū)動一臺或兩臺以上的電機(jī)時，變頻器的功率應(yīng)符合電機(jī)額定電流合計(jì)的1.1倍應(yīng)小于變頻器的額定電流的條件。

變頻器面板選用雙行顯示，第一行顯示輸出頻率、第二行顯示輸出電流，方便觀察、檢測電機(jī)工作狀態(tài)。

深水潛水泵選用：偉創(chuàng)AC60-T3-037G/045P，在045P模式（風(fēng)機(jī)水泵型）額定電流輸出90A，

立式多級離心泵選用：偉創(chuàng)AC60-T3-030G/037P、在037P模式（風(fēng)機(jī)水泵型）額定電流輸出75A，

4、壓力變送器

SBP800壓力變送器；精度等級0.25、輸出信號4-20mA、電源電壓24V、測量范圍0-1.6MP；

5、壓力表

電接點(diǎn)壓力表YXC-103 0-1.6MP

壓力表Y-100BF/Z/MF（B）316 0-1.6MP

四、控制電路

潛水泵、多級離心泵控制柜分別單獨(dú)配置，柜門上安裝電壓表一塊、啟動按鈕停止按鈕各一個、變頻器面板安裝在柜門上方便調(diào)試觀測，多級離心泵安裝轉(zhuǎn)換開關(guān)一個。深水潛水泵變頻器控制（略）；壓力變送器接壓力儲蓄罐（略）；多級離心泵變頻器控制（略）。

壓力變送器接供水管網(wǎng)起始端，多功能端子X1接壓力儲蓄罐電接點(diǎn)壓力表（潛水泵出故障時或流量不足時停止多級離心泵工作）。多級離心泵選用兩臺，防止多級離心泵出現(xiàn)故障時可繼續(xù)供水，工作一定時間切換水泵，可均衡各泵的運(yùn)行時間，延長整體泵組的壽命，防止水泵因長時間不工作而銹死。

五、安裝

1、深水潛水泵的安裝；安裝前對新鉆的水井必須進(jìn)行洗井（舊的深井泵洗井），清除水中泥砂后，方能安裝深水型潛水電泵。

（1）仔細(xì)檢查潛水泵電機(jī)、泵體有無碰傷或損壞，發(fā)現(xiàn)問題及時處理或更換；電纜和接頭有無碰傷或損壞，發(fā)現(xiàn)問題及時包扎。

（2）用500伏兆歐表測定繞阻的絕緣電阻不低于l50兆歐。

（3）電機(jī)垂直立放，打開電機(jī)上端放氣孔與注水孔，注意一定要將兩個水堵都打開，同時，緊固電機(jī)下端放水螺栓，將電機(jī)內(nèi)腔灌滿潔凈的清水，并即時將注水堵與放氣堵擰緊，觀察電機(jī)是否有漏水現(xiàn)象，（觀察10～15分鐘） 直至不漏為止。電機(jī)加滿水后再次搖測電機(jī)繞組的絕緣電阻應(yīng)不低于40兆歐。

（4）將引出電纜與動力電纜的對接；把電纜（25mm2潛水泵專用電纜JHS）接頭處分別剝?nèi)ネ鈱幼o(hù)套及主絕緣層，露出銅線35-40mm，將靠近線芯部分的橡膠修成錐形，把線芯上的氧化層打磨干凈，并用酒精（最好用鹽酸）擦凈線芯及待包扎的絕緣層、護(hù)套層并使其自然干燥；再分別把三根電纜芯線用絞接的方法相對絞接牢固，其絞接長度應(yīng)不少于50毫米。

確保接頭良好、工作可靠。用裸銅線均勻扎緊電纜線芯，用電烙鐵加熱、滲錫，要求滲透、滲勻。用銼刀修理平整焊接部分（不允許有毛刺和尖梭），并再次用酒精擦干凈待包扎部分，晾干。

先用自粘性丁基膠帶半迭包三層，并逐步向線芯的外部延伸。包扎時必須把膠帶拉伸200%，外層再用聚氯乙烯粘帶半迭包三層，也逐步往外延伸，保證包扎部分不短于200mm，包扎厚度不少于2毫米。

三芯電纜接頭時應(yīng)將三個接頭位置依次錯開一定距離，防止短路。電纜接頭接好后，將引出電纜（包括電纜接頭） 全部侵入水中6小時，用500V絕緣電阻表測其對地絕緣電阻應(yīng)不低于500兆歐（單指接頭部位對水的絕緣電阻）。 用500伏兆歐表測量電機(jī)繞組和引出電纜對地絕緣電阻，不低于100兆歐。

（5）瞬時起動電機(jī)（不超過1秒鐘），看電泵轉(zhuǎn)動方向是否和轉(zhuǎn)向標(biāo)相同，若相反，調(diào)換電源接頭即可，然后相序做好標(biāo)記、準(zhǔn)備安裝下井。

（6）電纜線要固定在輸水管法蘭上凹槽內(nèi)，每節(jié)都用綁繩固定好，下井過程要小心，電纜不能當(dāng)?shù)趵K使用，更不要碰傷電纜。

（7）確定潛水電泵距井底的最小距離。切忌將潛水電泵埋入泥砂中，一般要求潛水電泵距井底不小于3米（井深98米潛水泵下至92至95米），動水面距進(jìn)水節(jié)不少于1米，且泵下井深度應(yīng)符合所選泵型規(guī)定揚(yáng)程的要求（未超過120米）。

2、變頻器的安裝

（1）變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，控制柜應(yīng)選用金屬外殼屏蔽變頻器對界的干擾。

（2）由于模擬信號特別容易受到干擾，因此變頻器的外部控制線需加隔離裝置或采用屏蔽線，屏蔽線接地端必須與變頻器的金屬機(jī)箱（接地點(diǎn)或接地端子），壓力變送器、電接點(diǎn)壓力表均要采用屏蔽線連接。

（3）所有的元器件均應(yīng)可靠接地，連接線應(yīng)選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應(yīng)接地。變頻器正確接地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，抑制噪聲能力的重要手段。

（4）漏電斷路器；選用變頻器專用漏電斷路器時，額定靈敏電流應(yīng)在30mA以上，選用一般漏電斷路器時，額定靈敏電流應(yīng)在200mA以上，時間0.1秒。

（5）變頻器本身的電子過載保護(hù)功能可以替代熱繼電器等。

（6）控制電纜、電源電纜應(yīng)該與電機(jī)電纜分開安裝，一般它們之間應(yīng)該保證足夠的距離，特別是當(dāng)電纜平行安裝并且延伸距離較長時；信號電纜必須穿越電源電纜時，則應(yīng)正交穿越。

（7）在變頻器停止輸出時方可切換電機(jī)或進(jìn)行工頻電源的切換。

（8）拆換電機(jī)時，必須切斷變頻器的輸入電源。

六、參數(shù)設(shè)定

1、深井前水泵

程序運(yùn)行暫停： 程序運(yùn)行過程中，該信號有效可令程序運(yùn)行暫停，變頻器輸出為0，信號消失后按暫停前狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。

七、運(yùn)行調(diào)試

1、起動

（1）用500伏兆歐表測量電機(jī)繞阻對地絕緣阻不低于5兆歐。

（2）檢查三相電源線路，電壓是否符合規(guī)定各種儀表，保護(hù)設(shè)備及接線正確無誤后方可合閘起動。

（3）起動后觀察電流、電壓是否符合規(guī)定范圍，運(yùn)轉(zhuǎn)聲音有無異常及震動現(xiàn)象發(fā)生，若不正常應(yīng)及時找出原因處理解決。

（4）啟動完畢開始運(yùn)轉(zhuǎn)后，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)護(hù)及觀測水位變化，保證電泵在工況范圍內(nèi)運(yùn)行，待水泵運(yùn)行平穩(wěn)后方可投入正式運(yùn)轉(zhuǎn)。

2、停車

（1）關(guān)閉開關(guān)停車，再起動須等5分鐘或更長的時間，以防電機(jī)溫升過高，停車后最好切斷電源。

（2）深井潛水泵第一次投入運(yùn)行4小時后，停機(jī)迅速測量熱絕緣電阻，其值不低于0.5M%R，才能繼續(xù)使用。

3、調(diào)試

H-17反饋通道增益：用于對反饋通道輸入模擬量的放大或減小。

H-18傳感器最大量程：用以校正PID 給定量與PID 反饋量的顯示數(shù)據(jù)。（所謂？PID？控制，就是在一個閉環(huán)控制系統(tǒng)中，使被控物理量能夠迅速而準(zhǔn)確地?zé)o限接近于控制目標(biāo)的一種手段。恒壓供水的PID調(diào)節(jié)，就是一個負(fù)反饋。）

H-24啟動閥值：變頻器進(jìn)入睡眠狀態(tài)后，PID 反饋量必須低于啟動閥值，變頻器才能重新啟動；啟動閥值設(shè)置過高可能導(dǎo)致變頻器頻繁的啟動停止，設(shè)置過低可能導(dǎo)致壓力不足。

H-25睡眠閥值：此參數(shù)用于調(diào)整系統(tǒng)沒有使用（如供水系統(tǒng)中沒有用水）而休眠的標(biāo)準(zhǔn)。即變頻器隨時休眠偵測，當(dāng)檢測到PID 反饋量高于或等于PID 設(shè)定值，并在設(shè)定值附近保持一段時間后，變頻器開始啟動休眠偵測。休眠偵測過程中，若反饋量大于睡眠閥值，變頻器逐漸降低輸出頻率至下限，在下限頻率等待一段時間后，變頻器輸出降為0，進(jìn)入睡眠狀態(tài)。若在上述過程中反饋量低于睡眠閥值，休眠偵測結(jié)束，變頻器回到PID 調(diào)節(jié)狀態(tài)。此參數(shù)設(shè)定越小，系統(tǒng)越容易進(jìn)入休眠狀態(tài)；當(dāng)此參數(shù)設(shè)定為100.0%時系統(tǒng)將不會進(jìn)入休眠狀態(tài)。

（1）潛水泵變頻器調(diào)試：運(yùn)行潛水泵觀察壓力儲蓄灌電接點(diǎn)壓力表值穩(wěn)定在0.4MP（多級加壓泵未啟動），將變頻器面板第一（或第二）行運(yùn)行監(jiān)視顯示調(diào)整選擇為PID 反饋量，調(diào)整H-17、H-18參數(shù)值使變頻器面板數(shù)碼管顯示值為25，啟動多級離心泵觀察壓力表變化、壓力儲蓄灌電接點(diǎn)壓力表值穩(wěn)定在0.25MP潛水泵變頻器面板數(shù)碼管顯示值為15.7，調(diào)整壓力儲蓄灌電接點(diǎn)壓力表（多級離心泵變頻器X1輸入端程序運(yùn)行暫停指令）0.15MP，停車時先停多級離心泵在停潛水泵，將壓力儲蓄灌排壓為0.1MP啟動多級離心泵、無動作多級離心泵變頻器程序運(yùn)行暫停，保護(hù)起作用。H-24啟動壓力調(diào)至0.3MP面板數(shù)碼管顯示值為18（面板輸入值、以下均同），H-25睡眠壓力0.4MP面板數(shù)碼管顯示值為25。

（2）多級離心泵變頻器調(diào)試：先啟功潛水泵（變頻器輸出頻率達(dá)到50Hz或壓力儲蓄灌壓力0.4MP時）在啟動多級離心泵觀察供水管網(wǎng)起始端的壓力表變化，將變頻器面板第一（或第二）行運(yùn)行監(jiān)視顯示調(diào)整選擇為PID 反饋量，管道沒有水的情況下壓力會在0.45MP持續(xù)約40分鐘，調(diào)整H-17、H-18參數(shù)值使變頻器面板數(shù)碼管顯示值為28；當(dāng)壓力達(dá)到0.65MP時制梁場閥門出水面板數(shù)碼管顯示值為41，用時約60分鐘，壓力最大可到0.8MP（閥門未關(guān)閉）面板數(shù)碼管顯示值為50，H-24啟動壓力調(diào)至0.65MP面板數(shù)碼管顯示值為41，H-25睡眠壓力0.8MP面板數(shù)碼管顯示值為50。

以上H-24啟動壓力、H-25睡眠壓力設(shè)定值經(jīng)多次反復(fù)調(diào)整在確保各用水單位正常供水后確定。

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)可靠性高、效率高、節(jié)能效果顯著、動態(tài)響應(yīng)速度快。實(shí)現(xiàn)了恒壓自動控制，對整個供水過程來說，根據(jù)用水情況，選擇不同的壓力設(shè)定范圍，不但節(jié)約了用水，而且節(jié)約了電能，達(dá)到了更優(yōu)的節(jié)能方式，實(shí)現(xiàn)供水的最優(yōu)化控制和穩(wěn)定性控制。提高了工作效率，延長了水泵的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]緯創(chuàng)變頻器AC60-A5說明書.深圳市偉創(chuàng)電氣有限公司.

[2]CDL，CDLF輕型立式多級離心泵.南方泵業(yè)股份有限公司.

（作者單位：中鐵大橋局職工培訓(xùn)中心；武漢鐵路橋梁高級技工學(xué)校）