簡述變頻供水設備應用

摘 要：變頻調速系統是近年來新發展起來的技術手段，用以滿足人們對于高品質的調速需求。供水系統也引入了變頻技術，變頻調速器的引入更好地解決了供水的自動化需求問題，并且由于其設備的投資較少并且其穩定的系統運行性能，深受用戶的青睞。另外隨著變頻調速技術的發展變頻器的占地面積也不大，并且還可以通過操控達到節水節電的效果。在理論認識上，變頻器的引入優點頗多，但是實際操作以及應用時由于型號選擇不當以及控制方式等問題，反而會費電費水，而達不到節能的目的。結合實際經驗，文章對變頻供水設備進行了簡要的分析和探討，對其應用提出了一些合理的建議和意見。

關鍵詞：供水系統；變頻器；循環軟啟動

1 普通的變頻供水設備

循環軟啟動類型的變頻供水設備是在現實應用中最為廣泛的，整個系統組成較為簡單，主要包括了水泵、變頻柜、儀表、以及各種管路交錯組成。這里需要提到的是，這種系統的水泵應當選取型號相同的二至四臺為宜。下面就以三臺作為例子進行詳盡的分析。

日常供水主要是使用一臺水泵進行供水，但是當使用量增加，一臺水泵的供水不足以滿足水量的要求時，變頻柜就會在將運行水泵轉變成工頻運行后開啟第二臺水泵。以此類推，當兩臺水泵共同運行也不能滿足水量需求時則將第二臺也轉變成工頻然后開啟第三臺。當水量使用減少時，再按照啟動的順序，將水泵依次停止，最后將第一臺水泵恢復恒壓。一次變頻運行結束。

另外由于供水系統在平時的供水中主要是使用一臺水泵，因此會設定水泵的運行時間，依次保證水泵不會超負荷運轉，這個時間的設定視實際情況而定。當超過了特定的時間變頻柜就會停止水泵的運行，啟動下一臺，這個時間可以隨時的根據需求進行調整，不僅可以保證系統的正常運行，同時也可以延長機械的使用壽命。

雙恒壓的接口是變頻控制器能夠節能的特殊結構，雙恒壓的供水功能是實現節能的基礎。

這種變頻式的供水系統應用于一些林區的供水，功率一般不會過大，由于適用的區域用水流量變換不大，所以一般采用循環水系統。

2 變頻供水系統中帶小流量泵設備系統

林區的用水不是一直穩定的，主要用于生產以及灌溉等。變頻器對于供水系統的節能作用，主要是在于對水泵工作效率的轉換上，水泵的功率越高，用電量越大。水泵運轉效率的大小決定了水泵功率的大小，像在用水的低谷期，供水系統中的水流量很小，但是水泵的運轉運行不會因為流量變小而發生改變，就會造成水泵出現低流量運行狀態，此時水泵的工作效率就大大減小。因此，這時變頻器就無法達到節能的目的了。

因此，對于小流量以及零流量時供水系統的節能問題就需要進一步采取措施，在實際的操作中一般都采用了四種方案：①變頻主泵+工頻輔泵；②變頻主泵+工頻輔泵+氣壓罐；③變頻主泵+氣壓罐。多角度分析和綜合比較之后，第四種無論是從能耗還是成本上最為適宜，只需要為原有的供水系統配備上專門針對小流量和零流量的小型水泵就能解決此類問題。將一至兩臺流量在 3～6m3/h的小型水泵配備到原有的主頻供水泵上，當然，可以根據實際的使用情況選用水泵的流量。功率的選擇一般在 1.5到3kW之間，揚程則需要根據主泵的揚程選擇。

變頻柜一般都采用的是PLC的控制系統，供水系統的控制是通過模塊化的程序設計。主要的運行方式為：首先，系統在正常流量下采用的是主泵的循環供水系統，再此情況下變頻器可以最大的發揮作用。當系統中的水量由于需求的減低而減小事，主泵的運轉頻率也會跟著降低，當頻率降低到特定的規定值時，調節器就會做出反應，發出切換命令，將系統的供水模式轉換到小型水泵系統中。反之，當系統的用水量加大，切換后的小型水泵不能滿足系統的流量需求之時，PID調節系統又會發出轉換信號，在必要的延時之后，系統切換成為主泵的供水模式。因此，使得整個系統可以最大程度的提高效率，這樣才能真正發揮供水系統的變頻節能效果。

3 全流量高效變頻供水設備

對比較大的林區用水，若單配主泵機組和小流量泵，因小泵流量QL和主泵流量QM差別較大，當流量調節范圍在QL～1/3Qm時，水泵的運行效率仍很低，導致水泵運行不經濟，浪費電能。并且流量在大于或接近QL時還會出現頻繁的換泵操作。為實現在全流量范圍內水泵始終能高效率運行，這就有必要再增加一種中流量水泵，流量可選為1/3Qm～1/2QM。特殊情況下還可增加2種中流量水泵。這樣整體水泵流量選擇呈階梯狀，從而使得設備在任何流量段運行時均處于水泵的高效率段，更加節能。

變頻柜控制核心由PLC和多功能PID調節儀構成，以三種泵配置為例系統也可實現雙恒壓供水功能，中泵和小泵變頻時低恒壓供水，主泵變頻時高恒壓供水。

4 深水井變頻供水設備

目前深水井潛水泵采用變頻調速控制的也非常廣泛，主要是因為不需再建水塔，設備占地小，建設周期短，水質無二次污染，水泵軟啟動軟停車，故障率低，大修周期延長，壽命提高。但對夜間也要求供水的系統（一般居民生活用水都有要求），仍存在夜間小流量“費電”問題。一般潛水泵功率較大，小流量頻率fL一般在28Hz以上。如30kW的潛水泵，小流量頻率按30Hz計算，每天夜間近6h內約有50kW·h電能“浪費”，一年就是18000kW·h！這還未計入白天小流量時的用電。

5 生活消防合用變頻供水設備

在林區，生活用水的壓力并不大，但是消防壓力較之于生活壓力則需要專門的考慮。無論在棺材的選取上還是在管路的鋪設和設計上都需要進行專門的實地考察，采取最佳方案配合變頻供水設備，若管材選用適當或消防管路采取防倒流措施，在采用變頻設備及電源可靠條件下，建議高規適當放寬要求應允許生活消防合用供水設備。同時有以下優點：

5.1 生活消防泵組定時輪換運行，不會因消防泵長期不用或管理不善而使水泵銹死，機組時刻處在工作狀態。

5.2 生活泵組和消防泵組合用，基本節省一套消防泵組，且便于設備管理和維護。

5.3 設備自動化程度高，供水穩定可靠，且水質無二次污染。

5.4 水泵軟啟動軟停車，無沖擊和超壓危害

系統可按循環軟啟動變頻設備或帶小流量泵的循環軟啟動變頻供水設備選型，主泵流量按生活、消防兩者最大的來選擇，并留有1臺備用泵，揚程一般按消防設計壓力選擇。另外還應注意的有以下幾點：

5.4.1 應設消防接口，如有消防報警系統應設24VDC無源啟停接口。

5.4.2 應有消防時確保消防用水的技術措施，如在生活總管上安裝電磁閥，消防時關閉生活用水。

5.4.3 應設水位接口，消防低水位報警，并關閉生活用水。

5.4.4 應有雙恒壓功能，即平時低恒壓生活供水，消防時自動轉入高恒壓消防供水。

5.4.5 消防時應限制退泵操作，以防止壓力不穩。

6 結束語

6.1 供水系統采用變頻供水設備可改善供水水質，且自動化程度高，又是國家節能推廣技術，但若選擇使用不當，又會造成電能“浪費”，達不到預期目標。因此建議設計人員和用戶在方案確定之前應根據用水性質、用水特點、用水規模、設備投資等因素綜合考慮，在保證可靠供水前提下，充分發揮變頻調速的節能潛力。

6.2 較之于之前傳統的供水設備，自動化的變頻供水系統，可以快速的對系統中水量變化以及用水需求做出響應，而且變頻設備在系統中控制配置簡單，并且分布集中。無論是管理還是成本分析上都方便簡潔，用戶可以根據自己身上的情況以及實際的工程特點進行選取。