孫緯

上海城投水務（集團）有限公司制水分公司 上海 200086

正文：

1、前言

隨著工業(yè)發(fā)展和人們生活水平的提高，對用水量和水質(zhì)要求也隨之提高，原有的恒速泵供水方式已不能滿足要求。另外，隨著變頻調(diào)速技術[1]和可編程控制技術的有效應用，供水系統(tǒng)逐漸突破了間歇供水系統(tǒng)的局限性，緩解和改善了用水量與管道壓力之間的矛盾，在保證有效供水的前提下，可以降低能耗，提高供水效率。

2、變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理

2.1 變頻調(diào)速原理

異步電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率、電動機的打滑（即轉(zhuǎn)差率）和電動機的磁極對數(shù)密切相關，其中電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，所以變頻調(diào)速就是通過改變電源頻率來改變電機轉(zhuǎn)速。電源頻率變頻最大范圍在0-50 Hz，上限一般略小于50hz是因為電動機當轉(zhuǎn)速超過其額定轉(zhuǎn)速時，按平方規(guī)律增加的轉(zhuǎn)距會使電動機嚴重過載，且考慮到變頻器內(nèi)部一般有轉(zhuǎn)差補償功能以及水泵接近50HZ運行時不如直接在工頻下運行好，所以上限需要設置略低；下限一般略大于0hz是因為電動機轉(zhuǎn)速過低會使水泵出現(xiàn)“空轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。

2.2 供水系統(tǒng)的變頻控制原理

供水系統(tǒng)在用變頻調(diào)速代替恒速電機的過程中，可以通過流體力學對泵的實際工作效率進行詳細的計算，其中包括兩個常數(shù)，即水量和變化趨勢。通過控制頻率，改變泵的轉(zhuǎn)速，使供水系統(tǒng)的流量、壓力和電機的軸功率發(fā)生變化。此外，由于供水系統(tǒng)管道阻力與水量的平方密切相關，在閥門開度調(diào)整過程中或者耗水量變化比較大時，需對水泵轉(zhuǎn)速進行有效的調(diào)整，改變電機的軸功率，使整個供水系統(tǒng)達到節(jié)能效果。

3、變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理

變頻恒壓供水系統(tǒng)是以管網(wǎng)水壓為設定參數(shù)，根據(jù)實際工作特點控制水泵調(diào)速裝置，調(diào)整運行水泵數(shù)量，產(chǎn)生一定的供水壓力，形成閉環(huán)控制結(jié)構。在其工作過程中，主要是以壓力傳感器的形式檢測管網(wǎng)的相關壓力，將相關的傳感信號傳輸?shù)教幚碇行?，然后進行控制并實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)如果壓力不符合標準時，則需要可編程控制單元切換變頻器，以確保實際壓力與設定壓力一致。

3.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構

變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)[2]由泵、變頻器、可編程控制器和相應的傳感機構組成，PLC、模擬量輸入和壓力傳感器構成閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制泵的工作狀態(tài)、泵的數(shù)量、進出水量等，其中PLC控制器的內(nèi)部結(jié)構也可以調(diào)節(jié)變頻泵的運行速度。

3.2 控制原理

轉(zhuǎn)換為PLC模擬量[3]輸入口的標準信號可調(diào)節(jié)PLC相關參數(shù)，如調(diào)整泵機運行時間、泵出口壓力、變頻器的頻率轉(zhuǎn)換、泵的轉(zhuǎn)速等。為了在給定的壓力下保持供水管網(wǎng)的壓力，實現(xiàn)恒壓供水，具體的工作中會出現(xiàn)不同的情況，比如當供水超過一個水泵時，由PLC根據(jù)用水量來控制工作水泵的數(shù)量和變頻器的調(diào)速；再比如在用水量小的情況下，為避免一臺泵長時間工作，通過控制系統(tǒng)在某一臺泵連續(xù)運行一段時間后切換到下一臺泵等。

4、變頻恒壓供水效果

4.1 變頻恒壓供水的優(yōu)點

4.1.1 變頻供水靈活控制供水壓力，保證恒壓供水，有利于配水網(wǎng)絡的安全穩(wěn)定運行，大大降低管網(wǎng)的泄漏率。采用傳統(tǒng)的恒速泵加壓供水方式時，當電動機在完全壓力下開始時(即直接起動也稱為全壓起動），它從靜止狀態(tài)加速到額定速度所需的時間很短，這意味著水流會在很短時間內(nèi)從零流動到額定流量，這會引起管道內(nèi)部壓力變化劇烈，即電機硬起動產(chǎn)生水錘效應，破壞性很大；此外如果管道內(nèi)部壓力變化太大，過高或過低將導致管道內(nèi)產(chǎn)生氣泡；水泵的直接停機也會引起壓力沖擊。變頻器用于調(diào)速后，通過合理設置加速和減速時間，可以延長啟動停止過程，合理控制供水壓力，減少對管道和管件沖擊，降低管網(wǎng)的泄漏率，最大限度地保護水泵，增加水泵的使用壽命。

4.1.2 采用變頻恒壓供水后不需要工人頻繁操作，系統(tǒng)可根據(jù)實際用水量自動調(diào)節(jié)，減輕了工人的工作量和工作強度。

4.1.3 變頻器直接驅(qū)動電機進行變頻(變流量)供水，具有接線簡單、使用電器元件少、充分發(fā)揮變頻器功能、運行穩(wěn)定、節(jié)能效果明顯、維護率低等優(yōu)點。

4.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)自動控制技術的實踐應用

4.2.1 如果用水量相對較少，變量泵的轉(zhuǎn)速會自動下降到設定的頻率，此時控制器會自動停止定量泵，根據(jù)管網(wǎng)的壓力來轉(zhuǎn)換一下變量泵的轉(zhuǎn)速，從而保持管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定性。這時水泵的啟動都由變頻器進行控制，此類條件促使機組自動形成循環(huán)的軟啟動，保證每臺水泵的啟動頻率都能從設定的最小頻率漸漸提升，從而為變頻恒壓供水系統(tǒng)自動控制技術的順利開展奠定良好的基礎。

4.2.2 如果在實現(xiàn)自動控制技術時，外來管網(wǎng)的壓力逐漸高于設定壓力，那么各泵工作都會被控制器完全停止，利用外界管網(wǎng)壓力向供水管網(wǎng)供水。

4.2.3 在進行變頻恒壓供水系統(tǒng)自動控制技術利用時，如果遇到小流量輔助泵的系統(tǒng)，在用水量非常小的情況下，一般系統(tǒng)都是由一臺變頻泵以低頻率來運行維護管網(wǎng)壓力，如果管網(wǎng)的壓力依舊持續(xù)升高，那么此時控制器將會自動停止變頻泵，開啟小流量輔助泵，利用小容量輔助泵向供水管網(wǎng)供水。后期如果水量加大，可以逐漸的加入變頻泵進行自動投入運行，從而在根本上維護管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定性。

5、結(jié)束語

綜上所述，隨著人們生活質(zhì)量的提高，人們對生活用水的質(zhì)量要求越來越高，變頻恒壓供水以其環(huán)保、節(jié)能、水質(zhì)好等優(yōu)點越來越受到供水行業(yè)的重視，也為無人值守泵站的實現(xiàn)提供了技術條件。