變頻恒壓供水控制系統(tǒng)在農(nóng)村飲水安全中的應(yīng)用

□宋 慧（睢縣水利局）

1.變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要由變頻控制柜、壓力傳感器、水泵等組成。變頻控制柜由斷路器、變頻器、接觸器、中間繼電器、PLC等組成，這里著重談一下變頻器及工作原理。

1.1 變頻器調(diào)速原理

變頻器作為變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的主要設(shè)備，其作用是將頻率固定的交流電（通常為50Hz）變成頻率可調(diào)（一般為0～400Hz）的三相交流電。

由公式n0=60f/p

式中：n0為同步轉(zhuǎn)速即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速;f為電流的頻率;p為旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)。

當(dāng)頻率f連續(xù)可調(diào)時（一般p為定數(shù)），電動機的同步轉(zhuǎn)速也連續(xù)可調(diào)，變頻器就是通過改變頻率來調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的。

1.2 變頻器節(jié)能原理

水泵消耗功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比：即公式N=Kn3

式中：N為水泵消耗功率;n為水泵運行時的轉(zhuǎn)速;K為系數(shù)。

水泵設(shè)計是按工頻運行時設(shè)計的，除供水高峰外，大部分時間流量較小，因此可以調(diào)節(jié)水泵運行的轉(zhuǎn)速改變供水流量，最終達到節(jié)能的目的。實踐證明，應(yīng)用變頻器可使水泵平均運行轉(zhuǎn)速比工頻時運行轉(zhuǎn)速降低20%，從而降低能耗，節(jié)能率可達40%左右。

2.變頻恒壓供水控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的重要原因

變頻恒壓給水的供水壓力可調(diào)，可以滿足各種供水壓力的需要，能方便地改變供水壓力。即使供水壓力可調(diào)，在選泵時泵的揚程宜大一些，因為變頻調(diào)速其最大壓力受水泵限制。最低供水壓力也不應(yīng)太小，因為水泵不允許在低揚程、大流量下長期超負荷工作，否則應(yīng)加大變頻器和水泵電機的容量，以防止發(fā)生過載。

近年來，變頻器技術(shù)已很成熟，為變頻調(diào)速供水提供了充分的技術(shù)和物質(zhì)保障。任何品牌的變頻設(shè)備與變頻供水控制器配合，即可實現(xiàn)多泵并聯(lián)恒壓供水。

變頻恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果。

變頻恒壓供水節(jié)能的效果主要取決于用水流量的變化情況及水泵的合理選配，由水泵－管道供水原理可知，調(diào)節(jié)供水流量有兩種方法：一種是節(jié)流調(diào)節(jié)，開大供水閘閥，流量增加；關(guān)小供水閘閥，流量減少；這種方法工作量大，費時費工，節(jié)能效果不明顯。另一種是調(diào)速調(diào)節(jié)，水泵轉(zhuǎn)速升高，供水流量增加；轉(zhuǎn)速下降，流量降低，對于用水流量經(jīng)常變化的場合(如居民生活用水)，采用調(diào)速調(diào)節(jié)流量，節(jié)能效果比較明顯。

3.變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的供水模式

為了使變頻恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果，變頻恒壓供水常采用多泵并聯(lián)的供水模式。其工作模式有兩種：一是變頻泵固定方式，二是變頻循環(huán)軟啟動工作方式。

3.1 變頻泵固定方式

變頻泵固定方式為工作時一臺泵是變頻泵，其余是工頻泵，供水時變頻泵的流量發(fā)生變化，其工作效率隨流量變化而變化。當(dāng)供水流量小于一臺泵在工頻恒壓條件下的流量，由一臺變頻泵調(diào)速恒壓供水；隨著供水流量的增大，變頻泵的轉(zhuǎn)速自動上升，變頻泵的轉(zhuǎn)速上升到工頻轉(zhuǎn)速時，若用水流量進一步增大，變頻供水控制器控制自動啟動一臺工頻泵投入，該工頻泵提供的流量是恒定的，其余各并聯(lián)工頻泵按相同的原理投入；當(dāng)用水流量接近于零，多泵并聯(lián)恒壓供水系統(tǒng)的變頻泵自動睡眠停泵，不用水時自動停泵而沒有能量損耗，具有最佳的節(jié)能效果。

3.2 變頻循環(huán)軟啟動工作方式

變頻循環(huán)軟啟動工作方式工作時遵循先開先停的工作模式。當(dāng)供水流量小于變頻泵在恒壓工頻下的流量時，由變頻泵自動調(diào)速供水，隨著用水流量的增大，變頻泵的轉(zhuǎn)速升高。當(dāng)變頻泵的轉(zhuǎn)速升高到工頻轉(zhuǎn)速時，由變頻供水控制器把該臺水泵切換到由工頻電網(wǎng)直接供電(不通過變頻器供電)。變頻器則啟動另外一臺并聯(lián)泵投入運行。隨著用水流量增大，其余各并聯(lián)泵均按上述相同的方式軟啟動投入。當(dāng)用水流量減少時，各并聯(lián)工頻泵按次序關(guān)泵超出，并泵超出的順序按先投入先關(guān)泵超出的原則由變頻控制器單板計算機控制。

在變頻泵固定方式中，變頻泵固定不變，當(dāng)用水流量變化時，變頻泵始終處于運行狀態(tài)，因此變頻泵的運行時間最長。為了均衡各水泵的運行時間，對于變頻泵固定運行方式，可以設(shè)計成變頻泵定時輪換運行方式。即當(dāng)某一臺變頻泵運行一定時間后，由變頻控制器控制變頻泵自動進行輪換。例如：開始時1泵變頻，2、3泵工頻，當(dāng)1泵變頻運行T時間后(T可設(shè)定)自動輪換為2泵變頻，3、1泵工頻；再運行T時間后自動輪換為3泵變頻，1、2泵工頻，如此反復(fù)運行。變頻泵定時自動輪換改變的，其優(yōu)點是各并聯(lián)泵可定時輪換到變頻運行，使各并聯(lián)泵的磨損均衡。缺點是任一臺泵變頻運行時發(fā)生故障有可能使變頻器保護跳閘而停止工作,因為各并聯(lián)水泵是由變頻器控制運行的，當(dāng)變頻器跳閘，必然使所有并聯(lián)水泵停機而中斷供水。

因此，當(dāng)水泵的可靠性有保障時，自動輪換控制功能的變頻恒壓供水系統(tǒng)的可靠性將低于不具備自動輪換控制功能的變頻恒壓供水系統(tǒng)。故不主張采用具有自動輪換控制功能的變頻恒壓供水系統(tǒng)。多泵并聯(lián)循環(huán)軟啟動的變頻恒壓給水系統(tǒng)，同樣存在上述變頻恒壓自動輪換工作模式的缺點,為保證恒壓供水，各并聯(lián)泵的大小應(yīng)相同。

為保證供水可靠性，筆者不主張采用自動輪換和變頻循環(huán)軟啟動的工作模式。

4.變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的常見故障

4.1 系統(tǒng)壓力不穩(wěn)

造成系統(tǒng)壓力不穩(wěn)，可能有這幾種原因：壓力傳感器采集壓力點的選取離水泵出水口太近，管路壓力受出水的流速影響太大。控制器的加、減速時間與水泵電機功率不符。控制器和變頻器的加、減速時間不一致，控制器的加減速時間設(shè)定應(yīng)不小于變頻器加減速時間。

4.2 變頻恒壓供水設(shè)備小泵起停過于頻繁

該情況針對工頻工作的小泵而言。在系統(tǒng)之中，控制器參數(shù)中“小泵壓力正、負誤差”設(shè)定過小，解決問題的方法是將此項參數(shù)調(diào)高到一定值。

4.3 系統(tǒng)壓力高于設(shè)定值時主機不停

壓力傳感器反應(yīng)的壓力和控制器面板上的壓力不符，壓力傳感器的壓力高于設(shè)定值，而面板反映的壓力并未超出，有可能壓力傳感器損壞，接線可能有問題。此時控制器主機不停是正常的。

若上述情況不存在，控制器和傳感器的壓力相符，均高于設(shè)定壓力，則應(yīng)檢查小泵的設(shè)定狀態(tài)，若小泵處于關(guān)閉狀態(tài)，且主機設(shè)定為達到下限頻率不停機，主機不停也是正常的。若小泵是開啟的，再查看主泵的運行頻率，若運行頻率并非設(shè)定的下限頻率，這時說明系統(tǒng)正處于正常的供水過程之中，將系統(tǒng)的頻率調(diào)低，壓力自然會下降。

4.4 變頻恒壓供水設(shè)備控制器不起泵，RUN燈閃爍

此時控制器處于定時休眠狀態(tài)。用戶將控制器的功能代碼設(shè)定為ON，并設(shè)定了控制器休眠的時間，將控制器的相關(guān)參數(shù)項更改即可。

4.5 控制器未能按設(shè)定的時間間隔定時換泵

當(dāng)系統(tǒng)壓力穩(wěn)定時，水泵泵組工作狀態(tài)不發(fā)生變化的情況下，控制器應(yīng)當(dāng)按設(shè)定的時間間隔進行換泵動作。在設(shè)定的時間間隔中，若發(fā)生過水泵切換，或是中途停過機，則水泵的定時換泵時間將重新計時；未能按設(shè)定時間間隔換泵，請連續(xù)監(jiān)測控制器，如果在設(shè)定的時間段內(nèi)，沒有發(fā)生以上提及的情況，也沒有定時換泵，則說明控制器有故障。

4.6 變頻恒壓供水設(shè)備定時開關(guān)機不執(zhí)行

出現(xiàn)此種情況應(yīng)檢查時間設(shè)置是否合理。例如：時間段結(jié)束時間早于時間段開始時間、檢查定時關(guān)機時間段是否在設(shè)定的時間段內(nèi)、設(shè)定的時間段相對應(yīng)的休眠功能是否開啟。

5.結(jié)論

變頻恒壓供水廣泛應(yīng)用于供水系統(tǒng)中，該系統(tǒng)可靠性高、效率高、節(jié)能效果顯著、動態(tài)響應(yīng)速度快。因?qū)崿F(xiàn)了恒壓自動控制，不需工作人員頻繁操作，節(jié)省了人力，提高了供水質(zhì)量，減輕了勞動程度，節(jié)約了管理費用。對整個系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的可擴展性好，工作人員可根據(jù)不同季節(jié)的用水情況，選擇不同的壓力設(shè)定范圍，不僅節(jié)約了用水，而且節(jié)約了電能，從而實現(xiàn)供水的最優(yōu)化控制和穩(wěn)定性控制。

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