淺談變頻器在水廠供水中的應用

摘 要：在日常供水過程中，實時的供水量會隨著外部使用環境的變化而變化，有時候供水量會在短時間內有較大的變化，對于水廠而言，需要使用一定技術手段，保持供水水壓的穩定性。應用變頻技術是目前適應市場需求的最佳選擇，其主要原理是動態調整水廠水泵電動機的供電頻率（水泵轉速），進而讓水廠的實際供水壓力可以根據實際情況，保持在最佳供水量，將因為水量頻繁調節而導致的資源浪費和能源消耗降到最低水平。筆者結合自己的工作經驗和相關知識，在本文中就變頻器在水廠供水中應用的相關情況進行了分析和探討。

關鍵詞：變頻器；變頻技術；水廠供水；應用情況

1. 水廠供水變頻調速系統的原理

簡而言之，水廠供水變頻調速系統主要通過為水泵電動機提供頻率可變的供電電源，進而實現水泵電動機的無極調速，最終依照預先設定的參數實現管網水壓自動化地連續變化。該系統裝配有管網水壓傳感設備，水廠工作人員能夠根據實際需求情況，利用PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）對壓力值進行預先設定；同時，管網水壓力傳感器可以將壓力值反饋信號傳輸至PLC，PLC借助于PID控制程序計算之后發出轉速控制信號指令傳輸給變頻器；壓力設定信號的作用過程與上述過程基本相同。

通常情況，水廠為了維持供水服務的穩定性和可靠性，通常均讓變頻恒壓設備控制2臺以上的水泵，除了備用的1臺水泵之外，其余水泵均處于工作狀態，同時每一臺水泵一般裝配1臺變頻設備。當水廠需要供水時，配裝有變頻器的水泵便首先工作起來，工作一定時間之后，一旦管網水壓力傳感器感知管網水壓達到預定值時，PLC便發出指令給變頻器使其降低輸出頻率，使水泵處于低速運轉狀態，并讓水泵工作在一個穩定的頻率范圍內，如果用水量持續減少，則會關閉冗余水泵；一旦管網水壓力傳感器感知管網水壓降低至規定的最低值時，PLC便發出指令給變頻器使其提高輸出頻率，使水泵處于高速運轉狀態，如果用水量持續增加，則會全部開啟水泵甚至是備用水泵。PLC通過轉速控制信號控制水泵轉速，因而PLC是整個水廠供水變頻調速系統的控制中樞。

2. 變頻技術與變頻器在水廠供水中的應用

交流電動機變頻調速技術尤其是計算機控制技術的成熟使得PLC和變頻調速結合得更加緊密，能夠為水廠發揮的積極作用更加明顯。水廠供水變頻調速系統具有操作簡單、高可靠性、高抗干擾性、供水壓力恒定以及節能高效的優勢；同時，借助于對該系統的更深入應用，水廠可以實現無人值守；另外，該系統可以實現多臺水泵的軟啟動以及軟停車，將傳統操作方式容易導致的管網水錘效應降到最低；借助于網絡通信技術，能夠實現對水泵機房的遠程數據維護和遠程控制，拓展變頻器的操作靈活性并提高其工作可靠性。

2.1 PLC控制系統的優化與改善

供水變頻調速系統主要包括現場控制層、控制主干層以及管理層三個部分。若系統采用DCS（分布式控制系統）結構，實現難度比較低。DCS的控制模式采用“分散控制、集中管理”的多級控制模式，功能雖然分散，但是系統的可靠性得到了提高，水廠的控制主干層通訊利用以太網進行。另外，現代化管理的發展趨勢也應該是水廠當前需要考慮的重要問題：水廠的管理網絡應該包括中心控制室的計算機系統，另外，為了能夠實現數據共享，水廠采集的各種數據都被輸入到管理網絡系統的服務器當中；生產數據和管理數據均被存放于同一個數據庫當中，并能夠對水廠的實際運行情況進行實時監視；另外服務器采用雙硬盤配置，提高了數據安全性；客戶端和服務器采用100Mb網卡，提高信息的傳輸速度。

2.2 變頻技術與變頻器可在水廠供水中的應用

變頻技術與變頻器具有非常高的節電率，其節能降耗效果顯著，不僅能夠節省水廠冗余設計所導致的資源浪費，而且還因為功率因數和調速精度高等獲得更加良好的運行效益。變頻技術可在減低設備與物料的損耗、降低機械噪聲和損耗的同時，也能夠有效提高供水的質量與數量，滿足生產工藝的動態要求。

第一，泵房恒壓供水系統。對于城市供水而言，水廠水泵均應用了大功率變頻器，但是需要注意的是，水泵流量會因為水廠外部用水需求的隨機變化，使得揚程和吸水井位也隨之產生變化。在動態變化當中，水泵不可能時刻處于高效工作點的運行狀態，非常有必要采取相應的控制措施。若采用變頻技術之后，可以水泵始終工作在特性曲線的高效區，并能夠實現良好的節電效果。

第二，濾池反沖洗系統。水廠濾池在使用過程中其過濾效果會逐漸降低，為了恢復并繼續發揮濾池的原有功能，采用濾池反沖洗是非常重要的手段，通過有效的濾池清洗來提高濾池效率。只有適中的反沖洗強度才能夠提高濾池反沖洗效果。如果強度過大，會導致承托層和濾料層翻動過大，導致漏砂、跑砂以及配水系統故障；如果強度過小，則會減弱反洗效果導致降低過濾性能。濾池反沖洗一般共用一套反沖洗設備，單個濾池的反沖洗氣水管路安裝有所不同，實際反沖洗強度不完全相同；另外隨著水溫變化，水的粘滯性也會變化，從而影響反沖洗強度。根據這些因素，一般來說，若PLC與變頻調速技術相結合，是解決濾池反沖洗系統中存在的諸多問題的新途徑。

第三，加藥系統。水廠加藥控制系統包括混凝劑的制作攪拌系統、投加系統兩部分。混凝劑的投加，需要根據源水水質與水量的變化，及時準確地進行調節投加。授加混凝劑計量泵、投加石灰螺桿泵、加石灰給料機等，利用變頻調速技術輸出頻率范圍寬（0-200 Hz）的性能高于工頻運行，使得投加量的調整范圍變寬，滿足工藝要求，降低藥耗。例如，混凝劑的投加控制時，若以源水流量作為變頻器的輸入信號比例調節計量泵的轉速，用混合水SCD值的反饋量比例積分調節計量泵的沖程，兩者配合組成為前饋、反饋調節系統。

第四，風機。風機在供水行業的應用較多，如用于反沖洗各氣動閥門與閘板等氣源供給。風機站采用變頻調速技術，可以使風機既能工作在低于額定壓力，又滿足生產要求的任何壓力下運行。再輔以壓力閉環控制，可實現空壓機的供氣壓力、轉速的動態匹配，減少電機的實際輸入功率。達到節能目的，另外還具有供氣壓力穩定、配用電機實現軟啟動、降低機械磨損等優點。

3. 結束語

高功率因數、高效率、優異節電效果、可靠安全性以及優秀的調速和起制動性能等，使得交流變頻調速技術成為極具前景的調速方式。將變頻技術以及變頻器應用于水廠的供水系統當中是未來發展的趨勢，只有熟悉詳細的供水過程和掌握變頻器的技術原理才能更好的保證供水質量和經濟利益。

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