利用變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓供水

郭敏茹

(中核四〇四有限公司第五分公司，甘肅 蘭州 732850)

0 引言

供水公司面向用戶供水時(shí)，為了保證用戶用水量，保障管道安全，避免用水高低峰對(duì)供水效果的影響，應(yīng)保障恒壓供水，即保持管道壓力恒定。在過去，供水公司都是靠值班人員根據(jù)管道壓力的改變調(diào)節(jié)水泵出口閥門的開度，達(dá)到調(diào)節(jié)壓力的作用，這種方法不但浪費(fèi)人力，而且有很多弊端，隨著變頻器越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，利用變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓供水成為一件簡(jiǎn)單可靠的事。

1 手動(dòng)調(diào)節(jié)的危害

我地區(qū)供水泵房有1座高4.5米清水池1000m3，離心泵兩臺(tái)，由30kw電機(jī)拖動(dòng)，一用一備。泵房負(fù)責(zé)向周邊地區(qū)加壓供水，保證附近居民及單位生活用水。清水池接收水廠送來(lái)清水并儲(chǔ)存，送給用戶。從前工作時(shí)，由電機(jī)拖動(dòng)水泵工頻運(yùn)行，24小時(shí)向用戶供水，運(yùn)行人員根據(jù)用戶用水量的大小調(diào)節(jié)出口閥門開度，保證供水的出口壓力在2.0～3.5Mpa之間，并保證水池水位高于1.5米。由于用戶用水量不穩(wěn)定，用水量大時(shí)，水池的供水跟不上，甚至造成干池的事故;用水量小的時(shí)侯，調(diào)節(jié)不及時(shí)，管道閥門內(nèi)的壓力迅速升高，造成管道閥門的破裂及漏水;采取關(guān)小出口閥門降低供水壓力的方法，雖然負(fù)荷減小，電機(jī)電流減小，但是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)造成水泵氣蝕，嚴(yán)重時(shí)水泵的葉輪及泵殼就會(huì)出現(xiàn)像泡沫一樣的小孔，降低水泵使用壽命。又人力調(diào)節(jié)24小時(shí)運(yùn)行，工作強(qiáng)度大，成本高。

2 變頻恒壓供水的調(diào)節(jié)原理

利用變頻器結(jié)合PID調(diào)節(jié)、壓力傳感器實(shí)現(xiàn)恒壓供水，原理如圖1所示。

圖1 變頻恒壓供水系統(tǒng)圖

說(shuō)明:圖中水泵是輸出環(huán)節(jié)，電機(jī)轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實(shí)現(xiàn)變流量恒壓控制。PID調(diào)節(jié)器有的單獨(dú)使用，有的是變頻器自身帶有的調(diào)節(jié)作用，壓力傳感器監(jiān)測(cè)管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為控制器可接受的模擬信號(hào)，系統(tǒng)接受信號(hào)后自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。工作時(shí)，變頻器接受PID調(diào)節(jié)器輸出的電流信號(hào)，并輸出與電流信號(hào)成比例的頻率，從而調(diào)節(jié)加在電機(jī)定子繞組上的電壓，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)水泵進(jìn)行速度控制。給定信號(hào)是根據(jù)用戶用水量設(shè)定好的壓力值，反饋信號(hào)是壓力傳感器檢測(cè)到的實(shí)時(shí)壓力，兩個(gè)比較后的偏差值就是PID調(diào)節(jié)器的輸出。

3 利用變頻器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓供水

隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水已經(jīng)成為供水系統(tǒng)的首選。國(guó)外進(jìn)口變頻器性能好，但價(jià)格高，2006年左右，國(guó)產(chǎn)變頻器迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出了大批的國(guó)產(chǎn)變頻器品牌。三晶、安邦信、英威騰、康沃、正泰、華為等等以其顯著的性價(jià)比越來(lái)越多的被用戶接受。我們選用正泰NVF1-55/PS4變頻器完成恒壓供水。電氣接線圖如圖1所示。

圖2 NVF1-55/PS4變頻器接線圖

圖2中利用變頻器、智能儀表數(shù)顯儀、變送器、隔離器控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)恒壓供水。變送器的作用是檢測(cè)管道壓力并變送為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，輸入變頻器，數(shù)顯儀的作用是實(shí)時(shí)顯示管道壓力并可輸出報(bào)警開關(guān)信號(hào)，隔離器的作用是避免高次諧波對(duì)儀表的干擾，交直流信號(hào)隔離，變頻器的作用是根據(jù)變送器輸出的壓力變化調(diào)節(jié)電機(jī)工作頻率，達(dá)到調(diào)壓調(diào)轉(zhuǎn)速的作用，壓力高時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，管道壓力下降，壓力低時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，管道壓力升高，從而實(shí)現(xiàn)恒壓供水。

調(diào)節(jié)過程說(shuō)明:

管道壓力范圍0～1.0Mpa，根據(jù)用戶用水量的需求及實(shí)際測(cè)定，將額定供水壓力設(shè)定為0.5Mpa，當(dāng)用戶用水量改變時(shí)，造成管道壓力的變化，壓力變送器將與壓力對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4～20mA輸入變頻器，通過變頻器內(nèi)部PID調(diào)節(jié)器計(jì)算出調(diào)節(jié)偏差，變頻器輸出控制信號(hào)調(diào)節(jié)電機(jī)頻率、電壓，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使供水管道壓力始終保持在0.5Mpa，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過變頻恒壓供水改造，實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)加壓泵房的無(wú)人職守，整個(gè)供水過程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行模式，不需要人的干預(yù)，恒壓供水。變頻器的應(yīng)用不但解放勞動(dòng)力而且延長(zhǎng)了電機(jī)實(shí)用壽命，減小了管道負(fù)荷，為供水系統(tǒng)提供長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]周定頤主編.《電機(jī)及電力拖動(dòng)》，機(jī)械工業(yè)出版社，1994.10

[2]李自先，周中方編著.《變頻器應(yīng)用維護(hù)與修理》，地震出版社，2005.12