變頻器和軟件啟動器在城市供水中的應用

摘 要：隨著我國城市化的不斷發展，水資源的供應要求在城市生活里也越來越高，在這種狀態下，我國長期以來落后的供水技術已經不能滿足城市化需求，存在的主要問題表現為自動化程度低，難以操作。在用水高峰期，各個用水系統包括居民用水、工廠企業用水因為水壓太低而出現用水困難的狀況，即水量供不應求。之前對于這個問題，一直采用高位水箱或各種氣壓罐進行蓄水加壓，借助閥門一類設備的阻力進行調節，這種控制系統由于自動化太低，壓力變化較大，耗能較多等問題而存在明顯的缺陷，文章介紹的變頻調速器和軟件啟動器由于自動化程度高又易于控制等特點將大大方便城市供水系統。

關鍵詞：變頻器；軟件啟動器；城市供水

在城市供水問題未得到有效完善的狀況下，變頻器由于效率高、可靠性高、設備體積小、操作簡單等特點將對城市供水帶來很大的影響。這種變頻恒壓設備主要采取穩定水壓的原理對供水系統進行控制，該設備的組成有變頻器、機組、電器柜、壓力變送器，工作時通過變頻主調、軟啟動后備多臺泵切換。現今社會，變頻技術也得以不斷地發展和完善，變頻供水設備將逐漸成為城市居民生活和城市工廠企業的供水的最佳方案。以下將具體地分析變頻供水設備的工作原理，不同種變頻供水系統的最佳節能方式以及操控方式，也會從兩個角度談變頻供水系統以及與之相關聯的軟件啟動設備的應用。

1 變頻器和軟件啟動器作為供水設備時的工作原理

供電電源只有在具備能同時變換電壓和頻率的條件下，變頻調速對于異步電動機才可以實現。只有使用變頻設備才可以變恒壓恒頻的交流電源為變壓變頻的交流電源。直接變頻和間接變頻共同組成變頻設備。不經過中間直流環節，直接把工頻交流變成頻率可控制可調節的交流的一類稱為直接變頻設備。另一種是首先用整流器把交流變為直流，之后把直流通過逆變器改為頻率可以調節的交流。第二種在目前的變頻設備里使用的較多。對于恒壓供水系統來說，是在事先設置固定值，工作時，將實際壓力與該值進行比較，當偏大時，減小變頻器的輸出頻率，相應的水泵的轉速就會降低，在供水量減少的情況下，就會減小管網的壓力。當偏小時，增大變頻器的輸出頻率，水泵的轉速就會增大，在供水量增加的情況下，就會管網的壓力。最后就會通過自主調控系統使得供水系統壓力穩定。而軟啟動器的組成為幾組晶閘管橋，每一組橋通過兩只管反并聯組成，而頻率的穩定是通過改變管觸發角使得電源穩定來實現的。軟啟動器的運行過程如下，即轉換開關先用一臺泵進行變頻調節，在需水量增加的情況下，最低功率的泵先達到額定功率，水壓不夠時，就使得第二臺泵進行軟啟動，直至換到工頻為止，設備控制的依舊為一號泵。以此類推，軟啟動器不斷進行加壓運行，換工頻，使得供水設備達到穩壓的狀態。在此表示，軟啟動結束的標志為軟啟動器會提供一個內部繼電器無源節點。

2 不同類型的變頻器和軟件啟動器在供水系統中的使用

2.1 普通變頻器

普通變頻器的組成部分較為簡單，有循環軟啟動變頻柜，管路系統，水箱，長距離傳輸壓力表，水泵機組。目前在城市供水系統中使用最頻繁的就是這種普通變頻器。其中變頻柜的組成結構有變頻控制器以及調速設備、電壓表、電流表等。在平時的供水狀態下，只需要一部水泵就可以滿足需要，特殊情況下，也就是水量供不應求時，上一部水泵就會通過變頻柜的運行開啟工頻狀態，同時下一部水泵進入工作狀態。如果此時的供水量還未滿足需要，就會延續上個步驟，第三部水泵進入工作狀態參與供水。需水量恢復正常狀態時，變頻柜再次運行，將從最后加入的水泵開始依次停止工作，而第一臺水泵則停留在穩壓的狀態工作。這就是普通變頻器一次完整的運行過程。這種變頻器還有一個功能就是它具有定時換泵的功能，這是通過變頻柜來實現的，它可以控制每臺泵的運行時間，當超過規定時，就會停止目前運行的泵，使得下一臺進入工作狀態，通過變頻柜的這一功能，就會使得整體泵組的使用壽命延長。但是，這種普通變頻器只適用于小型的城市供水系統。

2.2 直接變換式高壓變頻裝置

鑒于以上陳述的普通變頻器只適用于小型的城市供水系統，當用水量很大時，只有主泵機組和小流量泵的設備就不足以滿足需求。原因是多方面的，首先由于組泵和小流量泵的功率差別較大，會造成水泵的工作效率降低和能源的多消耗。

由于是大型的用水系統，普通變頻器的小泵已經不能滿足供應，從而出現使得變頻柜不斷地出現變頻操作的狀況，這樣一來，就會降低整體供水系統的工作效率，還會不利于泵組的長期使用，整體降低了該供水系統的效益。為了改善這種狀況，可以在普通變頻器的基礎上增加中流量水泵，使得整個變頻裝置呈現逐步變化逐步增加工作系統的方式來實現高效運作，滿足高需水量的用水單位的需求。也可以提高運行效率和經濟效益。這種改進也是在變頻柜上實施的，即變頻器的變頻柜核心部件變為多功能調節儀，在此基礎上變頻系統最終也可以達到雙恒壓供水的效果，即在主泵進行頻率變換時進行高壓調節，其它的泵類進行變頻時使用低壓調節。

3 變頻器和軟件啟動器在不同城市供水系統的應用

3.1 在城市居民生活供水中變頻設備的應用

在城市供水系統中，居民生活用水是一個重大的項目，若將變頻設備運用到居民生活供水中，將帶來很大的作用，包括節約能源，提高供水效率。為了解決小流量耗電問題，可以考慮安裝囊式氣壓罐來調節頻率達到穩定壓力。每個城市需要根據規模選擇使用的變頻設備。當居民用水量隨時間變化不明顯時，即連續供水時，可以安裝相同型號和規模的泵，在不同的時期選擇不同的工作水泵數目以及時間。當供水不是連續的狀態時，就可以用上氣壓罐，在水的需求量增加時，由變頻調速泵轉為使用氣壓罐，這樣一來，就提升了供水變頻設備的工作效率。為了使得大規模的居民生活區提高用水效率，可以使用恒速泵與變頻調速泵相結合的方式。

3.2 居民生活之外供水變頻設備以及軟件啟動器的應用

除了居民生活用水之外，城市消防也是用水的一大方面，如果將變頻裝置和軟件啟動器運用到城市消防用水系統中，就可以提高工作效率。城市里有許多建筑是使用消火栓或者自動噴水滅火設備的，對這一類供水設備設置變頻器時，只使用主泵變頻來穩定水壓而不用設置其它的設備來穩定壓力。正常狀態下是不需要消防的，因此一般情況下，變頻裝置處于壓力穩定的狀態，與設備相連的壓力監控表可以對消防系統的水壓進行監控和設置，當水壓比穩定壓力小的時候，消防系統的變頻泵開始進入運行狀態，這樣就可以增加管網的供水量；當水壓比穩定壓力大的時候，消防系統的變頻泵擺脫工作狀態，停止運行。多個泵是可以進行輪流工作的，變頻設備可以進行自主換用，最后實現高效運行。

4 結束語

城市生活供水系統中使用變頻供水設備以及其他的軟件啟動器，由于高程度的自動化以及可操控性極強的特性可有效改善城市供水系統的運行，隨著社會的不斷進步以及城市化的不斷發展，變頻以及軟啟動設備將越來越受到重視和廣泛應用，但設計人員在使用前應該從多個角度考慮所設計供水系統的用水性質、用水特點、用水規模等進行綜合考慮，選擇合理的變頻設備或軟啟動設備。在技術可靠，經濟合理的前提下使得變頻或軟啟動設備在城市供水系統中得到廣泛應用。

參考文獻

[1]李淑萍.變頻調速在水泵恒壓供水系統中的應用[J].有色冶金節能，2010（8）.

[2]劉小春，樊曉平.鎖相環技術在恒壓供水同步切換中的應用[J].自動化技術與應用，2008（2）.

作者簡介：李東（1974-），男，現工作于樺南縣多元水務運營有限公司，工程師，機電一體化專業。