變頻器在高層建筑恒壓供水系統中的應用管窺

覃毅

（南寧宇能物業服務有限責任公司廣西南寧530000）

變頻器在高層建筑恒壓供水系統中的應用管窺

覃毅

（南寧宇能物業服務有限責任公司廣西南寧530000）

近些年來，我國的水資源和電力資源短缺情況已經愈演愈烈，在許多方面的供水技術都十分落后，比如市政供水、工廠生產循環供水以及高層建筑供水等等。由于供水不足帶來的一系列問題會在很大程度上影響城市的穩定發展和人們的正常生活，影響建設可持續發展型社會，也會在一定程度上影響經濟效益。所以建立一個穩定有效的供水系統是十分必要的。本文對高層建筑恒壓供水系統中變頻器的控制機理和調速機理做以詳細分析，希望能夠發揮一些參考價值。

變頻器；恒壓供水；高層建筑

前言

隨著人們生活水平的逐漸提高和社會經濟的不斷發展，人們對供水系統的要求也逐漸增多。現今，現代控制理論和電子技術發展迅速，變頻器由于其良好的控制特性和驅動性能在恒壓供水系統中得到了廣泛的應用，能夠根據用水量的變化來調節供水系統的運行參數，能夠保證水壓恒定，滿足用戶的用水需求，是比較合理的恒壓供水系統。

1 緒論

1.1 變頻器恒壓供水系統的背景和意義

一般來說，為了保證城市中企業生產用水和居民生活用水，供水系統的水泵機組一直處于滿載荷運行狀態。但是由于多種因素的影響導致用水量在不同的情況或者時期是不同的，如果城市的用水量在一天內變化較大，而水泵機組一直處于滿載荷狀態，這樣就會造成能源的消耗增加，浪費現象嚴重。所以，我們需要解決能源消耗問題，這樣也能夠節約一部分供水成本。如果城市供水不足，則會影響城市中企業的生產，也會影響到人們的日常生活，減緩了城市化進程。

1.2 在高層建筑恒壓供水系統中應用變頻器的目的

城市管網能夠保證六層以下用戶的用水需求，六層以上的供水就要通過提壓才能滿足用戶用水需要。過去的高層建筑供水一般采用水塔或者高位水箱，還有氣壓罐式增壓設備，但是這些手段都會增加水泵的軸功率，增大了能量損耗，而且投資高、占地面積大、維修困難、水泵易損壞，也不能保證水壓的恒定。如果將供水系統中原有的水塔、高位水箱、氣壓罐等用變頻器進行替換，則就成為了恒壓供水系統，管網中的用水量發生變化時會導致出口壓力的變化，利用變頻器可以實現供水時管網出口壓力不變，出口壓力值是根據用戶的實際需要確定的，恒壓供水系統中的變頻器能夠對水泵電機進行調速，能夠通過恒壓供水系統中的檢測系統對管網內的水壓進行檢測，然后反饋給供水系統對變頻器進行調節，進而調節水泵的轉速。恒壓供水系統與過去傳統的高層建筑供水方式相比，在穩定性、可靠性、經濟性等方面都明顯優于后者，是比較合理的供水系統。

1.3 變頻器概述

變頻器的適用范圍十分廣泛，使用變頻器的主要目的有三個：①節能，使用變頻技術的節電率高達20～30%；②提高生產效率，能夠根據用水量的變化自動調節自身頻率，不需要專門的調解人員，減少了勞動強度，便于維修，提高了生產效率；③能夠提高供水的質量，也能夠延長水泵的使用壽命。

1.4 變頻器在供水系統中應用遇到的問題

（1）運行成本高，變頻器價格昂貴，如果運用不得當會降低供水系統的性價比，供水系統不能有效利用變頻器的功能，使用的僅僅是變頻器其中一小部分的功能，也浪費了資金。

（2）能源浪費，傳統的恒壓供水系統往往會一直保持電機的工作狀態，消耗電能高，不符合可持續發展的要求。普通供水方式在用水低峰期還保持運行狀態，不能有效利用能源，造成了嚴重的浪費。

（3）污染問題，由于水箱和蓄水池的材料問題，使水源容易生長有害藻類，空氣中的粉塵和細菌進入到水源中，容易滋生細菌，使水源遭到污染，影響用戶的身體健康。

（4）恒壓供水系統不能滿足用戶需求，有些供水系統采用的還是傳統的水塔、高位水箱、氣壓罐等，啟動時穩定性較差，容易出現供水壓力不足的情況，容易造成生命財產安全事故。

（5）沒有自主知識產權，大部分技術都是轉化國外技術，供水產品也沒有自主知識產權，也沒有完善的行業標準。

2 變頻器的理論基礎

供水系統中，一般來說目標是流量。傳統供水系統的電機驅動轉速是固定的，管道內流量變化主要是通過控制閥的開度來控制的。用水量大時，水泵的效率在額定條件下是最高的，如果用水量減小就可以通過關小控制閥門來減小出水量，這種情況下水泵很容易出現超壓現象，多余的能量會轉化成熱量被水帶走。所以用控制閥來調節水流量會造成很大的能量損失。變頻器的使用能夠保持控制閥的開度不變，通過改變水泵電機的轉速來改變流量，改變了水的動能，管網的壓力保持不變。

變頻器主要分為兩大類：①“交-交”變頻器；②“交-直-交”變頻器。第一種變頻器中間沒有直流環節，可以直接將電網電壓變為頻率較低的電壓，這種變頻器效率較高、損耗小、能夠實現能量反饋，缺點是成本高、控制困難、元件數量多，目前使用的較少。第二種變頻器是由三個環節構成：①整流器將交流電能轉化為直流電能，這個環節是可以控制的，也可以是不可控制的；②將有脈動的直流量變為平直的直流量，可以用電容對直流電壓進行濾波，也可以用電感對直流電流進行濾波；③用逆變器將直流電變為交流電，將其直接供給負載，輸出頻率和電壓與輸入電源無關，均為交流量，逆變器也是變頻器的核心，這種變頻器元件少，頻率調節范圍寬、利用率較高。

3 變頻恒壓供水控制系統的設計方案

控制系統的控制對象模型不穩定，非線性時變，滯后?？刂颇繕藶楣┧芫W的出水口水壓，通過反饋將實際的供水壓力值同預設的供水壓力值相同，預設的供水壓力值可以是常數，也可以是在不同時段內不同的常數。系統在運行時，供水壓力高于設定值時會將壓力值反饋到系統中進行比較，再將比較結果經過運算，運算得到的結果再傳送到變頻器處，變頻器則根據計算結果調整頻率，水泵的轉速也有所調整，從而減小供水壓力。供水壓力低于設定值時則執行相反情。調節過程是循環進行的，目的是使實際水壓與預設值相等。關于控制系統示意圖，如圖1所示。

圖1

供水系統由水泵提供水流量，再將這些水流量通過管道輸送給用戶，用戶使用水流量，供水系統的水流量一定要能夠滿足用戶的需求。用戶的用水流量與供水流量應該成正比，對于供水系統的有效進行也十分有益。供水系統的供需平衡采用的是壓力控制，保持出水口的壓力不變。如果供水流量與用水流量相等，出水口壓力不變，如果供水流量大于用水流量，管道壓力增大，如果供水流量小于用水流量，管道壓力和出水口壓力減小。如果要保持出口壓力恒定，就要保證供水流量和用水流量相等，出水口壓力增大時就要控制供水流量大于用水流量，出水口壓力減小時就要控制供水流量小于用水流量?？刂瞥鏊诘膲毫褪强刂屏讼到y的供水流量，對壓力的控制其實也是對流量的控制，兩者可以互相轉化。

4 變頻器在高層建筑恒壓供水系統中的應用方案

在PLC控制系統中，變頻器通常是借助與PLC的連接來實現對水泵電機出廠時壓力點處壓力變送器輸送反饋信號，從而實現對恒壓供水系統的閉環控制，與此同時為了對突發情況能夠作出及時的反映，還可以通過人工控制的方式進行調節。在高層建筑恒壓供水系統中借助變頻器可以控制運行水泵的變頻、工頻變化，控制水泵機組數量的增減，同時還可以對系統發生的問題作出及時的預警，以確保系統的正常運行。

在高層建筑恒壓供水系統中“一拖多”是常用的控制方案，該系統一般是借助PLC或計算機通過運算，來對系統出口壓力是否符合設計值進行判定，從而實現對各泵的投入或撤出進行有效的控制。以三臺泵為例對其進行分析，實際上當第一臺泵開始進行變頻供水時，當工作頻率逐漸升高到最大值時，如果整個系統的出口壓力未達到設計水壓時，則第一臺泵轉為工頻運行，此時可以通過變頻柜啟動第二臺泵，但是如果還無法達到預設水壓時，則第二臺泵轉為工頻運行，可以通過變頻柜啟動第三臺泵。當所需水量開始減少時，并且系統出口水壓超過預設水壓時，此時需要根據啟泵順序依次停止工頻泵，該過程中要保持供水系統水壓恒定。圖2描述的是PLC控制變頻恒壓供水系統流程圖。

圖2 變頻恒壓供水控制系統流程圖

該系統由變頻調速器、PLC控制器、水位變送器、觸摸屏顯示器、交流接觸器、壓力變送器和其他泵組及電控設備等構成。壓力變送器負責檢測系統出口處的水壓，而且蓄水池處還需要安裝液位檢測裝置，并將檢測到的結果傳輸至PLC模擬量輸入模塊。當液位檢測信號發現水池水位未達到設定水位最低線時，則會發出報警信號，必要的時候話也會作出停機反應，以確保整個系統的正常運行。

5 總結

變頻器在高層建筑恒壓供水系統中的應用能夠產生較好的效果，采用變頻恒壓供水系統能夠提高用水質量，方便城市企業的生產和居民的日常生活，滿足人們的用水需求，能夠節約能源，相對于傳統方式具有獨特的優勢。隨著經濟和技術的不斷發展，人們對供水的要求也越來越高，國家對變頻恒壓供水技術也也大力的支持，所以，變頻恒壓供水的前景一片光明，也能夠得到大力的發展。

[1]楊洪升.變頻器在高層建筑恒壓供水系統中的應用[J].工程經濟，2015（3）：77～82.

[2]曹軍峰.變頻器在恒壓供水中的常見問題及對策[J].電子制作，2015（1）：256.

TU821

A

1004-7344（2016）30-0238-02

2016-9-30

覃毅（1978-），男，助理工程師，大專，主要從事電氣維修、操作、保養等工作。