試論變電站電氣施工與土建施工的配合

葛君明

摘要：變電站電氣施工過程主要是對電氣的安裝，在此過程中要與土建施工進行緊密的配合，只有保證變電站電氣施工與土建施工的配合，才能夠保證工程施工的有效進行。在變電站電氣施工與土建施工配合的過程中需要高技術與高經驗的基礎支撐，保證二者的配合能夠提高整個施工安裝工程的質量。

關鍵詞：變電站；電氣施工；土建施工；工程施工；施工建設 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU198 文章編號：1009-2374（2016）15-0104-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.15.049

1 恒壓供水的背景和意義

隨著中國城市化的不斷深入，為滿足人們的住房需求，越來越多的建筑都進行了重新改造，取而代之的是大量的高層建筑。高層建筑具有改善居住環境，提高土地利用率的優點，能夠大大緩解住房的供需要求，但同時，隨著樓層的增加，高層建筑也存在著一個比較常見的問題，那就是供水問題。用戶多、用水時段集中、用水量大有時會使得供水系統過負荷運行，出現水壓不夠的情況，影響居民的日常用水。此外，如果住宅小區內的供水壓力不足或者無水，一旦發生諸如火災等特殊情況，就不能及時地滅火，從而可能會造成人員傷亡，帶來經濟上的巨大損失。所以，為保證居民在日常生活中的正常用水，我們需要提供一個有效的供水方案。在進行方案設計之前，我們需要對我國現有的供水情況進行簡單了解。

我國在高層建筑供水、市政供水等供水方面較多使用的是頻繁啟/停電動機控制方式和水塔二次供水方式。分析這兩種控制方式，頻繁啟/停電動機控制方式在控制過程中需要消耗大量的電力，啟/停過程對電網中其他負載會產生影響，同時，反復的啟停所帶來的電流沖擊會對設備的使用壽命產生影響。而采用水塔二次供水的方式則需要較大的設備空間和資金投入。總體來講，這兩種供水方式在技術上相對落后，在實際操作過程中易造成水資源、電力資源的浪費，可靠性不高，不能夠滿足用戶的正常用水需求，且操作過程較繁瑣，自動化程度比較低。在用戶用水方面，日常用水過程中，生活用水量的變化一般會呈現出季節性變化、晝夜性變化、時間性變化等特點，所以經常會出現用水和供水之間的不平衡情況，主要體現是在水壓高低的變化上，當用水量比較多而供水量較少的時候，水壓會比較低，反之，供水量比較多而用水量比較少的時候，水壓比較高。當供水管網壓力比較小的時候，如果是高層建筑，由于水壓較低，高層的住戶往往不能夠正常的用水。通常我們的解決方案是在樓頂加裝水箱蓄水，采用加裝水箱的方式，在樓頂設置蓄水池，利用水泵將水送到水箱，再通過水箱給用戶供水，這種方式在一定程度上可以緩解特殊時段用水量不足的情況，但是這樣在供水的過程中就會出現能源浪費的情況，還可能對水質造成污染，給居民身體健康帶來影響。總結傳統供水系統的詬病，我們需要一種更為先進合理的供水方式。

目前，供水方式朝著自動、可靠、高效、節能的方向發展。在供水系統中，我們采用恒壓供水的方式進行供水。恒壓供水的方式有許多傳統供水方式沒有的優點，例如：恒壓供水方式具有供水壓力穩定、高效節能、供水運行可靠、操作方式簡單、設備占地面積小、運行噪音小、成本低、回報大等優點。其應用非常廣泛，例如：（1）自動化農業灌溉；（2）中央空調冷卻水供應系統；（3）高層建筑消防給水系統和熱水采暖系統；（4）恒壓供氣控制系統。

2 恒壓供水系統的組成和發展

在系統機構組成上，恒壓供水系統主要包括如下部分：可編程邏輯控制器（PLC）、變頻器、PID調節器構成等控制單元、執行單元組、水泵、壓力傳感器。通過變頻器、PID調節器和可編程控制器（PLC）對泵組進行控制，根據壓力傳感器所反饋的信號完成供水壓力的閉環調節。同時，根據用水量的實際需求自動調節供水泵組的數量和供水泵組的運行轉速，實現對用水量的自動補償，保證供水管網壓力值恒定，滿足用戶正常的用水需求。

在整個恒壓供水的過程中，變頻器起著不可缺少的角色。水的供給和管網壓力的提升主要靠泵組電機提供動力，而泵組電機反復的啟動和停止，就會產生電氣和機械的沖擊，而電氣和機械沖擊會對供水設備的使用壽命和穩定性造成影響。在泵組電機的啟動過程中引入變頻器控制技術，會很好地解決泵組電機在啟停過程中所出現的電氣、機械沖擊問題，變頻器的加入使得泵組電機運行更加穩定、可靠，也消除了頻繁的啟動情況，這種啟動方式被稱之為軟啟動。此外，變頻器的加入使得整個供水系統的控制器規模減小，節約了大量的能源，保證了供水的安全性，同時使得供水過程更加穩定、可靠，提高了經濟效益和社會效益。

將變頻器利用在恒壓供水領域是變頻調速技術不斷發展成熟之后的結果。而變頻器在使用初期，其主要功能是進行頻率的調節、升降速的調節控制、電動機正反轉的調節控制、變壓變頻等方面的控制以及實現一些保護的功能。最開始將變頻器使用在恒壓供水系統中也只是將變頻器用作執行機構，以保證不同水量情況下管網壓力值的恒定，而這些功能的實現除了變頻器還需要一些額外的壓力傳感器和壓力控制器，與之共同組成閉環控制系統。后來隨著變頻器技術的不斷發展與進步，變頻器在恒壓供水方面的優點越來越多地被人們所認識。國外很多電氣廠家開始推出自己的具有恒壓供水功能的變頻器，例如施耐德公司利用PID調節器、變頻器和可編程邏輯控制器（PLC）組成了新的變頻控制系統，通過指令代碼的設置實現了電控系統的功能，這套系統可以同時控制多臺泵組電機的運行。雖然這套設備精簡了電路結構，降低了設備成本，但在系統穩定性上、兼容性上仍然存在不足，難以大范圍的推廣。

而目前，受變頻器技術所限，我國的變頻器恒壓供水系統多是采用國外變頻器進行泵組電機轉速的控制、管網壓力的調節及多臺水泵的控制，程序方面有的利用可編程控制器（PLC）實現，有的則是利用單片機實現。雖然在供水系統組成上與國外技術相近，但是就系統動態性能、抗干擾性、開放性和穩定性等綜合技術指標而言，并沒有達到用戶的實際要求，所以恒壓供水控制技術仍需要不斷的去完善。

3 恒壓供水系統的實現和應用

恒壓供水系統由多臺水泵電機組成，運行方式為變頻循環運行方式。工作方式上通過利用變頻器實現對泵組電動機的軟啟動和變頻調速，運行順序上遵循“先啟先停”的原則。當預先設置好的壓力傳感器檢測當前管網的狀態存在水壓信號后，將采集到的水壓信號送入PLC與預設值比較后進行PID運算，然后利用運算后的結果控制變頻器的輸出電壓和頻率，進而改變泵組電機的轉速，最終通過改變供水量的大小，使管網壓力值穩定在預設值附近。

利用變頻器進行調節以后，在泵組電機的啟動過程中，電動機的啟動電流由零逐漸增至額定值，實現了泵組電機的軟啟動。因為啟動環節時間增加，對于電網的沖擊相應減小，從而減輕了啟動過程中機械轉矩對于泵組電機產生的機械損傷，延長了泵組電機的使用壽命。這種調控方法的主要目的是穩定管網水壓，所有的優化方案都是為了將網管的母管進口壓力保持為恒定值。在實際操作中，是允許網管出口壓力在一定的范圍內變化。這種調節方式使得優化的范圍縮小，使得局部狀態可以調整為最優，但是不能完全保證供水的泵站始終工作在最佳狀態。

對于使用范圍來講，以變頻技術為基礎的變頻恒壓供水系統在實際的供水過程中，按照使用的范圍基本可以分為以下兩種情況：

3.1 面向小區的變頻恒壓供水系統

這里主要還包括面向高層建筑、工廠、各個小區、加壓泵站等的供水系統。其特點為通過變頻控制的泵組電機功率相對較小，通常在135kW以下，控制系統相對簡單。由于其擁有較大的用戶基礎，所以在我國恒壓供水系統的研究和推廣中占有較重的比例。

3.2 面向中小規模供水廠的變頻恒壓供水系統

在中小規模供水廠和大中城市輔助供水廠中，往往會使用變頻恒壓供水方式。這種場合所使用的泵組電機規模一般在135～320kW，所使用的電網電壓一般為220V/380V。其優點為可以滿足較小的規模，不需要太高的經濟條件要求，變頻器無特殊要求，一般采用國內自己生產的通用變頻恒壓供水變頻器。

4 結語

以變頻器為主要組成部分的變頻恒壓供水系統在完成恒壓供水功能之外還集成了現代控制、遠程監控技術、電氣技術和避雷技術，具有抗干擾能力強、可靠性高、功能實現簡單、易維修、資金投入較少等優點，能夠在保證供水系統穩定性和提高供水系統可靠性的前提下盡可能地減少資源的消耗，這點在提倡節能環保的今天尤為重要，所以變頻恒壓供水系統的設計研究對于提高人民生活用水質量、提高企業效率、降低能源消耗等方面有著重要的意義。

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作者簡介：李浩，男，山東濟寧人，濟寧市技師學院助理講師，研究方向：自動化。

（責任編輯：小 燕）