變頻器在供水系統中的應用

許德洪

摘 要：文章通過對供水系統中的工頻泵和變頻泵的分析，闡述了通過變頻器實現變頻泵與工頻泵有機結合的重要性，既保證了供水系統的安全性，又實現了供水系統的節能效果。

關鍵詞：變頻器；變頻泵；工頻泵

1 概述

隨著科學技術的不斷發展，變頻器在輸送泵上的應用也越來越廣泛，同時為了實際需要，在供水管網上適當地增設與變頻泵并聯的工頻泵，讓工頻泵和變頻泵有機地結合起來，也就是多泵并聯的供水方式，既節約了能源又提高了供水系統安全性。

（1）變頻泵：變頻泵就是通過調節水泵的工作頻率來改變水流速度，即改變了水泵的工況點。

（2）工頻泵：工頻泵是在工頻條件下運行，就是固定工作頻率下運行，在中國也就是在50HZ下運行，俗稱定速泵。

2 多泵并聯

2.1 多泵并聯運行方式

在變頻控制的供水系統中，主要采用兩種控制模式，一種是定壓控制模式，另一種是定量控制模式。文章主要介紹定壓控制模式，在定壓控制模式下，變頻泵固定運行方式和變頻泵循環軟啟動運行方式是比較常見的兩種運行方式。

2.2 變頻泵固定運行方式

變頻泵固定運行方式是指在多泵并聯的供水系統中變頻泵固定不變，其它并聯水泵是以工頻方式自動投入運行或退出運行。

由于變頻泵始終處于運行狀態，導致變頻泵的運行時間最長，不利于變頻泵的安全運行。為了均衡各并聯水泵的運行時間，可以通過定期切換變頻泵，即當某一臺水泵變頻運行一段時間后，可以切換至另外一臺水泵變頻運行，保證各并聯水泵運行時間相近。變頻泵固定運行方式的控制原理如下。

在多泵并聯的供水系統中，若系統需水流量小于一臺泵在工頻恒壓運行條件下的流量時，由一臺變頻泵調速恒壓供應即可，若系統需水流量增加，變頻泵的運行頻率會自動上升；若變頻泵的運行頻率上升到工頻時，系統需水流量進一步增大，變頻供水控制器將會自動啟動一臺工頻泵投入運行，為供水系統提供了一臺工頻泵恒壓下的流量，其余各并聯工頻泵按相同原理投入運行。

若系統需水流量減少，變頻泵的運行頻率會自動下降；若變頻泵的運行頻率下降到水流量為零時，變頻供水控制器將會自動關閉一臺工頻泵使之退出運行，其余各并聯工頻泵按相同的原理退出運行。

多泵并聯供水系統中的工頻泵投入運行或退出運行瞬間會給系統帶來一定的水力沖擊，為了避免或減少這種水力沖擊，在工頻泵投入運行時變頻泵的運行頻率應自動下降，然后再慢慢上升以滿足恒壓供水的要求；在工頻泵退出運行時變頻泵的運行頻率應自動上升，然后再慢慢下降以滿足恒壓供水的要求。

2.3 變頻泵循環軟啟停運行方式

變頻泵循環軟啟停是一種恒壓變量循環狀啟停、并先開先停的運行方式，即在多泵并聯變頻恒壓變量的供水中，每一臺水泵的啟動或停止都是通過變頻器來實現的。變頻泵循環軟啟停運行方式的控制原理如下。

在多泵并聯的供水系統中，若系統需水流量小于變頻泵在工頻下的恒壓流量時，變頻泵的運行頻率會自動調節以滿足系統需求；若系統需水流量增加，變頻泵的運行頻率會自動上升，當變頻泵的運行頻率上升到工頻時，將由變頻供水控制器把該臺水泵切換到市電直接供電（不通過變頻器供電），從變頻器下火脫開，變頻器將會控制另外一臺并聯泵軟啟動投入運行。隨著系統需水流量持續增加，其余各并聯泵均按上述相同的方式軟啟動投入運行。

若系統需水流量減少，變頻泵的運行頻率會自動下降；若變頻泵的運行頻率下降到水流量為零時，變頻供水控制器將會自動關閉該臺變頻泵使之退出運行，同時變頻器又開始控制另外一臺并聯水泵變頻運行。隨著系統需水流量持續減少，其余各并聯泵均按上述相同的方式軟停止退出運行。

2.4 節能效果

在變頻恒壓供水系統中，系統需水流量是不斷變化的，變頻器通過調節變頻泵運行頻率來滿足系統恒壓用水需求，變頻泵的工作效率隨流量變化而改變，從而可以降低變頻恒壓供水系統的能耗，達到節能效果。

同時，變頻器具有自動睡眠功能，當系統需水流量為零時，變頻泵能自動睡眠停泵，從而達到沒有用水就沒有能量損耗，具有最佳的節能效果。

3 工程案例

某工廠擬建設一套冷卻循環水系統，主要用于高溫爐體的降溫使用，對冷卻循環水系統的穩定性有很高要求，杜絕斷水現象發生。具體要求如下。

（1）設計流量為100m3/h，供水壓力為0.6MPa，供水溫度為23±1℃，供回水溫差為3℃。

（2）循環水管道采用304不銹鋼管道。

（3）UPS電源停電保護時間為30min，采用雙電源供電。

該系統通過一臺ABB ACS510變頻器拖動三臺水泵（二用一備）來實現恒壓供水。水泵的工作方式采用ACS510變頻器內置的SPFC功能（又稱循環軟啟動功能），SPFC功能每次啟動新水泵的時候，都是用變頻器來啟動的，而變頻器剛剛拖動過的水泵，將切換至工頻運轉[1]。

在系統電控方面，實現全自動運行，無人值守，同時設有手動回路作為應急備用；若一臺水泵出現故障，能夠自動切換掉，保證系統的連續性；三臺水泵輪換運行，防止泵體久置生銹。

4 結束語

變頻器在供水系統中的應用越來越廣泛，特別是恒壓供水系統，變頻器強大的內部邏輯功能能夠滿足各種工況的用戶需求。恒壓供水系統主要有兩種運行方式，分別是變頻泵固定運行方式和變頻泵循環軟啟動運行方式。

變頻器可以降低多泵并聯變頻恒壓供水系統的能耗，達到節能效果。此外，因為無需使用外部PLC控制，降低了用戶的投資成本，同時電網直接快速切換至已運行中的水泵上，相比較電網直接切換至靜止的水泵上，水泵啟動電流對電網沖擊較小。

參考文獻

[1]ABB電氣傳動系統有限公司.ACS510-01用戶手冊[Z].