變頻器在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

許德洪

摘 要：文章通過對(duì)供水系統(tǒng)中的工頻泵和變頻泵的分析，闡述了通過變頻器實(shí)現(xiàn)變頻泵與工頻泵有機(jī)結(jié)合的重要性，既保證了供水系統(tǒng)的安全性，又實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：變頻器；變頻泵；工頻泵

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器在輸送泵上的應(yīng)用也越來越廣泛，同時(shí)為了實(shí)際需要，在供水管網(wǎng)上適當(dāng)?shù)卦鲈O(shè)與變頻泵并聯(lián)的工頻泵，讓工頻泵和變頻泵有機(jī)地結(jié)合起來，也就是多泵并聯(lián)的供水方式，既節(jié)約了能源又提高了供水系統(tǒng)安全性。

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

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

2 多泵并聯(lián)

2.1 多泵并聯(lián)運(yùn)行方式

在變頻控制的供水系統(tǒng)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(yùn)行方式和變頻泵循環(huán)軟啟動(dòng)運(yùn)行方式是比較常見的兩種運(yùn)行方式。

2.2 變頻泵固定運(yùn)行方式

變頻泵固定運(yùn)行方式是指在多泵并聯(lián)的供水系統(tǒng)中變頻泵固定不變，其它并聯(lián)水泵是以工頻方式自動(dòng)投入運(yùn)行或退出運(yùn)行。

由于變頻泵始終處于運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致變頻泵的運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)，不利于變頻泵的安全運(yùn)行。為了均衡各并聯(lián)水泵的運(yùn)行時(shí)間，可以通過定期切換變頻泵，即當(dāng)某一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行一段時(shí)間后，可以切換至另外一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，保證各并聯(lián)水泵運(yùn)行時(shí)間相近。變頻泵固定運(yùn)行方式的控制原理如下。

在多泵并聯(lián)的供水系統(tǒng)中，若系統(tǒng)需水流量小于一臺(tái)泵在工頻恒壓運(yùn)行條件下的流量時(shí)，由一臺(tái)變頻泵調(diào)速恒壓供應(yīng)即可，若系統(tǒng)需水流量增加，變頻泵的運(yùn)行頻率會(huì)自動(dòng)上升；若變頻泵的運(yùn)行頻率上升到工頻時(shí)，系統(tǒng)需水流量進(jìn)一步增大，變頻供水控制器將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)一臺(tái)工頻泵投入運(yùn)行，為供水系統(tǒng)提供了一臺(tái)工頻泵恒壓下的流量，其余各并聯(lián)工頻泵按相同原理投入運(yùn)行。

若系統(tǒng)需水流量減少，變頻泵的運(yùn)行頻率會(huì)自動(dòng)下降；若變頻泵的運(yùn)行頻率下降到水流量為零時(shí)，變頻供水控制器將會(huì)自動(dòng)關(guān)閉一臺(tái)工頻泵使之退出運(yùn)行，其余各并聯(lián)工頻泵按相同的原理退出運(yùn)行。

多泵并聯(lián)供水系統(tǒng)中的工頻泵投入運(yùn)行或退出運(yùn)行瞬間會(huì)給系統(tǒng)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(yùn)行時(shí)變頻泵的運(yùn)行頻率應(yīng)自動(dòng)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(yùn)行時(shí)變頻泵的運(yùn)行頻率應(yīng)自動(dòng)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(huán)軟啟停運(yùn)行方式

變頻泵循環(huán)軟啟停是一種恒壓變量循環(huán)狀啟停、并先開先停的運(yùn)行方式，即在多泵并聯(lián)變頻恒壓變量的供水中，每一臺(tái)水泵的啟動(dòng)或停止都是通過變頻器來實(shí)現(xiàn)的。變頻泵循環(huán)軟啟停運(yùn)行方式的控制原理如下。

在多泵并聯(lián)的供水系統(tǒng)中，若系統(tǒng)需水流量小于變頻泵在工頻下的恒壓流量時(shí)，變頻泵的運(yùn)行頻率會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)以滿足系統(tǒng)需求；若系統(tǒng)需水流量增加，變頻泵的運(yùn)行頻率會(huì)自動(dòng)上升，當(dāng)變頻泵的運(yùn)行頻率上升到工頻時(shí)，將由變頻供水控制器把該臺(tái)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(huì)控制另外一臺(tái)并聯(lián)泵軟啟動(dòng)投入運(yùn)行。隨著系統(tǒng)需水流量持續(xù)增加，其余各并聯(lián)泵均按上述相同的方式軟啟動(dòng)投入運(yùn)行。

若系統(tǒng)需水流量減少，變頻泵的運(yùn)行頻率會(huì)自動(dòng)下降；若變頻泵的運(yùn)行頻率下降到水流量為零時(shí)，變頻供水控制器將會(huì)自動(dòng)關(guān)閉該臺(tái)變頻泵使之退出運(yùn)行，同時(shí)變頻器又開始控制另外一臺(tái)并聯(lián)水泵變頻運(yùn)行。隨著系統(tǒng)需水流量持續(xù)減少，其余各并聯(lián)泵均按上述相同的方式軟停止退出運(yùn)行。

2.4 節(jié)能效果

在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，系統(tǒng)需水流量是不斷變化的，變頻器通過調(diào)節(jié)變頻泵運(yùn)行頻率來滿足系統(tǒng)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(tǒng)的能耗，達(dá)到節(jié)能效果。

同時(shí)，變頻器具有自動(dòng)睡眠功能，當(dāng)系統(tǒng)需水流量為零時(shí)，變頻泵能自動(dòng)睡眠停泵，從而達(dá)到?jīng)]有用水就沒有能量損耗，具有最佳的節(jié)能效果。

3 工程案例

某工廠擬建設(shè)一套冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，主要用于高溫爐體的降溫使用，對(duì)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很高要求，杜絕斷水現(xiàn)象發(fā)生。具體要求如下。

（1）設(shè)計(jì)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(huán)水管道采用304不銹鋼管道。

（3）UPS電源停電保護(hù)時(shí)間為30min，采用雙電源供電。

該系統(tǒng)通過一臺(tái)ABB ACS510變頻器拖動(dòng)三臺(tái)水泵（二用一備）來實(shí)現(xiàn)恒壓供水。水泵的工作方式采用ACS510變頻器內(nèi)置的SPFC功能（又稱循環(huán)軟啟動(dòng)功能），SPFC功能每次啟動(dòng)新水泵的時(shí)候，都是用變頻器來啟動(dòng)的，而變頻器剛剛拖動(dòng)過的水泵，將切換至工頻運(yùn)轉(zhuǎn)[1]。

在系統(tǒng)電控方面，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，無人值守，同時(shí)設(shè)有手動(dòng)回路作為應(yīng)急備用；若一臺(tái)水泵出現(xiàn)故障，能夠自動(dòng)切換掉，保證系統(tǒng)的連續(xù)性；三臺(tái)水泵輪換運(yùn)行，防止泵體久置生銹。

4 結(jié)束語

變頻器在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，特別是恒壓供水系統(tǒng)，變頻器強(qiáng)大的內(nèi)部邏輯功能能夠滿足各種工況的用戶需求。恒壓供水系統(tǒng)主要有兩種運(yùn)行方式，分別是變頻泵固定運(yùn)行方式和變頻泵循環(huán)軟啟動(dòng)運(yùn)行方式。

變頻器可以降低多泵并聯(lián)變頻恒壓供水系統(tǒng)的能耗，達(dá)到節(jié)能效果。此外，因?yàn)闊o需使用外部PLC控制，降低了用戶的投資成本，同時(shí)電網(wǎng)直接快速切換至已運(yùn)行中的水泵上，相比較電網(wǎng)直接切換至靜止的水泵上，水泵啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)沖擊較小。

參考文獻(xiàn)

[1]ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司.ACS510-01用戶手冊(cè)[Z].