基于变频调速技术在恒压供水工程中的分析和探讨

2022-09-11

在智能建筑日益增多的今天, 供水问题成为业主比较关心的问题, 所以变频恒压自动供水便提上了日程。以前在一般建筑的建设中往往需要建设一个二次加压供水泵房并采用变频器实现恒压自动供水。一般情况下, 恒压供水自动控制系统通过压力传感器采集管网中的压力并将其转换成模拟信号进行变频控制。这样变频恒压水系统直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置, 为局部加压供水开辟了新的途径。另外由于水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系, 所以水泵调速运行的节能效果非常明显, 平均耗电量较通常供水方式节省40%。与可编程控制器结合使用, 可实现循环变频, 电机软启动, 具有欠压保护、过压保护、短路保护、过流保护功能, 工作稳定可靠, 大大延长了设备的使用寿命。在智能建筑中, 生活恒压给水在节能和可靠性方面要作具体分析, 从而选择更合理控制方式。

1 恒压供水系统特点

(1) 节电:优化的节能控制软件, 使水泵实现最大限度地节能运行; (2) 节水:根据实际用水情况设定管网压力, 自动控制水泵出水量, 减少了水的跑、漏现象; (3) 运行可靠:由变频器实现泵的软起动, 使水泵实现由工频到变频的无冲击切换, 防止管网冲击、避免管网压力超限, 管道破裂; (4) 联网功能:采用全中文工控组态软件, 实时监控各个站点, 如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量, 累积每台泵的出水量, 同时提供各种形式的打印报表, 以便分析统计; (5) 控制灵活:分段供水, 定时供水, 手动选择工作方式; (6) 自我保护功能完善:如某台泵出现故障, 主动向上位机发出报警信息, 同时启动备用泵, 以维持供水平衡。万一自控系统出现故障, 用户可以直接操作手动系统, 以保护供水。

2 变频控制原理

用变频调速来实现恒压供水, 与用调节阀门来实现恒压供水相比, 节能效果十分显著 (可根据具体情况计算出来) 。其优点是: (1) 起动平衡, 起动电流可限制在额定电流以内, 从而避免了起动时对电网的冲击 (2) 由于泵的平均转速降低了, 从而可延长泵和阀门等的使用寿命; (3) 可以消除起动和停机时的水锤效应;一般地说, 当由一台变频器控制一台电动机时, 只需使变频器的配用电动机容量与实际电动机容量相符即可。当一台变频器同时控制两台电动机时, 原则上变频器的配用电动机容量应等于两台电动机的容量之和。但如在高峰负载时的用水量比两台水泵全速供水量相差很多时, 可考虑适当减小变频器的容量, 但应注意留有足够的容量。虽然水泵在低速运行时, 电动机的工作电流较小。但是, 当用户的用水量变化频繁时, 电动机将处于频繁的升、降速状态, 而升、降速的电流可略超过电动机的额定电流, 导致电动机过热。因此, 电动机的热保护是必需的。对于这种由于频繁地升、降速而积累起来的温升, 变频器内的电子热保护功能是难以起到保护作用的, 所以应采用热继电器来进行电动机的热保护。在主要功能预置方面, 最高频率应以电动机的额定频率为变频器的最高工作频率。升、降速时间在采用PID调节器的情况下, 升、降速时间应尽量设定得短一些, 以免影响由PID调节器决定的动态响应过程。如变频器本身具有PID调节功能时, 只要在预置时设定PID功能有效, 则所设定的升速和降速时间将自动失效。

3 控制系统详解

为了保持供水系统水压的基本恒定需要变频器根据给定的压力信号与管网水压的反馈信号进行比较, 以调节水泵的转速, 达到供水、水压恒定的目的。

当恒压供水系统处于自动调节状态时, 自动控制指示灯亮, 系统进入自动控制状态。系统由管网水压传感器作为系统的反馈信号, 反馈信号采用4-20m A电流信号, 恒压值的设定可在可编程控制器 (PLC中人为设定, 通过使用ECO变频器内部的PID控制功能, 启动水泵作变频调节运行并达到恒定的压力值, 开成一个动态平衡过程。若设定恒压值为Y0, 过程压力值为Yi, 当用水量增加Yi

4 应用变频调速系统生产的其他效果

(1) 改善了工艺。在实际生产操作过程中, 泵的参数 (尤其是流量) 需时常调整, 不仅需要调节参数, 而且备用设备需时常切换。根据工艺的变动, 工艺参数又主要通过调节出口阀来控制, 人工关小或开大阀门不仅费事, 速度慢, 也缩短阀门的寿命 (填料及阀杆的磨损) 采用变频调速就不用调节出口阀, 只需要控制室内调节电机的转速即可。变频启动转速可以从零开始逐渐升高, 因此带负荷直接启动不会有较大的启动电流, 避免了通常泵组首先关闭出口阀后再启动的要求 (无载启动是为了降低启动电流, 保护电机) 。

(2) 维护量减少。采用变频调速后, 可能避免因通过阀门控制使泵过多偏离额定工作区而引起的振动, 严重时会引起悬臂泵轴头断裂。通常情况下, 变频调速系统的应用主要是为了降低泵的转速。由于启动缓慢及转速的降低, 相应地延长了许多零部件, 特别是密封、轴承的寿命。

(3) 工作强度降低。由于调速系统在运转设备与备用设备间实现计算机联锁控制, 机组实现自动运行和相应的保护及故障报警, 操作工作由动手转变为监控, 完全实现生产的无人操作, 大大降低了劳动强度, 提高了生产效率, 为优化运营提供了可靠保证。

(4) 减少了对电网的冲击。采用变频调节后, 系统实现软启动, 电机启动电流只是额定电流, 启动时间相应延长, 对电网无大的冲击, 减轻了启动机械转矩对电机机械损伤, 有效的延长了电机的使用寿命。

5 结语

在智能建筑中供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比, 不论是设备的投资, 运行的经济性, 还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势, 而且具有显著的节能效果。恒压供水调速系统的这些优越性, 引起国内几乎所有供水设备厂家的高度重视, 并不断投入开发、生产这一高新技术产品。在给水系统中, 用水管式传感器检测水泵输出管网压力, 在现场控制器与设定值比较, 比较后去控制变频器的输出频率, 达到控制水泵转速的目的。如给水管网用户用水量增多, 管网压力减少, 控制器控制变频器输出频率增加, 水泵转速随着增加, 增加供水量以满足用户的需求。如给水管网用户用水量减少, 管网压力增大, 控制器控制变频器输出频率降低, 水泵转速随着减少, 减少供水量, 从而达到节能的目的。

摘要：随着电力技术的发展, 变频调速技术的日益完善, 以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备, 起动平稳, 起动电流可限制在额定电流以内, 从而避免了起动时对电网的冲击;由于泵的平均转速降低了, 从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命;可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能, 将使供水实现节水、节电、节省人力, 最终达到高效率的运行目的。

关键词：变频调速,恒压供水工程