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變頻器在小區高層給水設備恒壓供水系統中的應用

1、概述

    小區高層給水設備恒壓供水控制系統的基本控制策略是：采用電動機調速裝置與可編程控制器（PLC）構成 控制系統，進行優化控制泵組的調速運行，并自動調整泵組的運行臺數，完成供水壓力的閉環控制，在管網流量變化時達到穩定供水壓力和節約電能的目的。系統的控制目標是泵站總管的出水壓力，小區高層給水設備系統設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值輸入CPU運算處理后，發出控制指令，控制泵電動機的投運臺數和運行變量泵電動機的轉速，從而達到給水總管壓力穩定在設定的壓力值上。

    隨著電力電子技術的發展，電力電子器件的理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容量、耐壓、特性和類型等方面得到了很大的發展。進入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應快、低損耗的方向發展。作為應用現代電力電子器件與微計算機技術有機結合的交流變頻調速裝置，隨著產品的開發創新和推廣應用，使得交流異步電動機調速領域發生一場巨大的技術革命。目前自動恒壓供水系統應用的電動機調速裝置均采用交流變頻技術，而系統的控制裝置采用PLC控制器，因PLC不僅可實現泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統的數字PID調節功能，可對系統中的各種運行參數、控制點的實時監控，并完成系統運行工況的CRT畫面顯示、故障報警及打印報表等功能。自動恒壓供水系統具有標準的通訊接口，可與城市供水系統的上位機聯網，實現城區供水系統的優化控制，為城市供水系統提供了現代化的調度、管理、監控及經濟運行的手段。

 

2、小區高層給水設備控制方案

    在住宅小區水廠的管網系統中，由于管網是封閉的，泵站供水的流量是由用戶用水量決定的，泵站供水的壓力以滿足管網中壓力較不利點的壓力損失ΔP和流量Q之間存在著如下關系：

    ΔP=KQ2；

    式中K一為系數

    設PL為壓力較不利點所需的較低壓力，則泵站出口總管壓力P應按下式關系供水，則可滿足用戶用水的要求壓力值，又有較好的節能效果。

    P=PL+ΔP=PL+KQ2

    因此供水系統的設定壓力應該根據流量的變化而不斷修正設定值，這種恒壓供水技術稱為變量恒壓供水，即供水系統較不利點的供水壓力為恒值而泵站出口總管壓力連續可調。

    典型的自動小區高層給水設備恒壓供水系統的結構框圖如圖所示；系統具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能，系統通過安裝在出水總管上的壓力傳感器、流量傳感器，實時將壓力、流量非電量信號轉換為電信號，輸入至可編程控制器（PLC）的輸入模塊，信號經CPU運算處理后與設定的信號進行比較運算，得出較好的運行工況參數，由系統的輸出模塊輸出邏輯控制指令和變頻器的頻率設定值，控制泵站投運水泵的臺數及變量泵的運行工況，并實現對每臺水泵根據CPU指令實施軟啟動、軟切換及變頻運行。系統可根據用戶用水量的變化，自動確定泵組的水泵的循環運行，以提高系統的穩定性及供水的質量。

 

3、小區高層給水設備運行特征

    以三臺水泵的小區高層給水設備恒壓供水系統為例，系統在自動運行方式下，可編程控制器控制變頻器軟啟動1#泵，此時1#泵進入變頻運行狀態，其轉速逐漸升高，當供水量Q<1/3Qmax時（Qmax為三臺水泵全部工頻運行時的較大流量），可編程控制器CPU根據供水量的變化自動調節1#泵的運行轉速，以保證所需的供水壓力。當用水量Q在1／3Qmax

    當外供水量減少至1/3Qmax

 

4、小區高層給水設備系統經濟效益分析及系統優點

    4．1經濟效益分析

    變量泵的功率N1、供水量Q1與泵轉速n1三者的關系如下式： 

    N1／Q1=（n1／n）3

    Q1／Q= n1／n

    式中Q一額定流量，Q1

    N一額定流量Q時的軸功率

    n一水泵的額定轉速

    因額定流量Q=100％時，n=100％，N=100％，若n1=90％n時Q1=90％Q，N1=72.9％N，即可節電27.1％。若n1=80％n時Q1=80％Q，N1=51.2％N，即可節電48.8％。

    4．2系統優點

    （1）恒壓供水技術因采用變頻器改變電動機電源頻率，而達到調節水泵轉速改變水泵出口壓力，比靠調節閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。

    （2）由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，泵轉速降低，減少了軸承的磨損和發熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。

    （3）因實現恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節省了人力。

    （4）水泵電動機采用軟啟動方式，按設定的加速時間加速，避免電動機啟動時的電流沖擊，對電網電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成泵系統的喘振。

    （5）由于變量泵工作在變頻工作狀態，在其運行過程中其轉速是由外供水量決定的，故系統在運行過程中可節約可觀的電能，其經濟效益是十分明顯的。由于其節電效果明顯，所以系統具有收回投資快，而長期受益，其產生的社會效益也是非常巨大。

 

小區高層給水設備原理　 

      小區高層給水設備充分利用自來水管網的原有壓力能源，在同樣供水需求的情況下，可以選用功率相對較小的水泵及控制設備，同時在夜間小流量用水的情況下利用自來水水壓直接供水而無需起動水泵。相比較于傳統的帶水池的供水設備可節約大量的電能運行成本及投資成本。 

      小區高層給水設備采用水泵與自來水管網直接相連，用壓力調節罐作為水泵進水儲水裝置，采用真空消除器消除管網內所產生的負壓，在充分利用自來水管網直接相連，用壓力調節罐作為水泵進水儲水裝置，采用真空消除器消除管網內所產生的負壓，在充分利用自來水管網的原有壓力的基礎上實現了供水的二次增壓，該設備既實現了增加的目的（且絲毫不會影響管網其它用戶水），又節省建水池，水箱的投次，在保證管網水質的同時（無二次污染），又可充分利用管網的原有水壓，其節能效果極其顯著，可達50%以上。小區高層給水設備全自動智能控制，具有多種保護和控制功能，可實現真正無人值守。 

小區高層給水設備適用范圍　　 

1、有水池的高層建筑、賓館、學校、城鎮居民小區、企事業單位、新農村建設農村的生活用水。 

2、工廠、工礦企業的生活或者生產用水。 

3、各類水廠、供水站、污水廢水廠、農業排灌站等供排水。 　 

4、高樓、小區、企事業單位熱水集中供水。 　 

5、生產、生活中的冷卻水、循環水的加壓。 　 

6、油田輸油管道、油庫、油站等的恒壓輸油。