變頻器在高層民用建筑給水泵房中的應用

吳紅梅,邢廣旭,侯云璐（大連市自來水集團設計有限公司，遼寧大連，116600）

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變頻器在高層民用建筑給水泵房中的應用

吳紅梅,邢廣旭,侯云璐
（大連市自來水集團設計有限公司，遼寧大連，116600）

摘要：隨著城市用地的緊張，小區高層建筑越來越多，高層建筑的給水設計就愈加顯得重要。給水一旦失去控制，必然給居民的生活和工作帶來很大的麻煩，甚至造成財產損失。因此，必須嚴格按照國家規范規程做好民用建筑給水泵房的供電及電氣控制設計工作。

關鍵詞：變頻器；高層；給水泵房；應用

近幾年，變頻恒壓技術已經成熟的應用于城市供水中。它與傳統的供水方式相比具有高效，節能，電機運行平穩，供水穩定等優勢。

1　變頻器的節電原理

1.1降低電機轉速提高節能效果

由電機學原理得知，電機轉速與供電頻率的關系如下：

n—轉速f—頻率p—極對數s—轉差率

由上可知，電動機的轉速與供電頻率成正比,當定子的供電頻率發生改變的時候，電動機的轉速也成比例的跟著變化。

由流體力學原理可知，流量與轉速的一次方成正比，軸功率P功與轉速的三次方成正比，當極對數p和轉差率s不變時，它們之間的關系如下：

由上可知，當電機交流電的頻率改變時，電機的功率以及流體流量都會隨之改變而改變，所以，當電機的轉速降低時，電機軸輸出的功率會以3次方的關系下降，由此可見當采用變頻方式節能時，會產生明顯的效果。

1.2動態跟蹤節能

變頻器可跟隨負載的變化，迅速調整頻率，以供給最大效率的電壓，使電機始終保持高效率運行。

2　負荷等級及供電

2.1負荷等級

根據《JGJ/T16-2008》第3.2.6規定，高層住宅的生活水泵不低于二級負荷。

2.2供電

生活泵房的供電線路要求，當電力變壓器發生故障或線路故障時不至于中斷供電（或中斷后能快速恢復）。設計中一般要求建筑開發商預留380V/220V專用線路，由變配電室低壓柜引入泵房配電柜或配電箱。

3　電氣控制方式及原理

3.1控制方式

給水泵的電氣控制采用變頻恒壓控制。和傳統的供水系統相比，它有供水質量高、靈活性強、電機起制動平穩和節能等優點。目前變頻恒壓控制成為城市供水的主要方式。

3.2控制原理

其工作原理是：當用水量變化時，管內的壓力也會隨之改變，安裝在出水總管上的壓力傳感器可以測定水管內的實際壓力值，并將該壓力信號轉化成4-20mA的標準電信號，傳輸到PLC，與預先設定的壓力值進行比較，得出調節參數，送入變頻調速器，進而調節水泵電機的轉速，實現水泵供水壓力的自動控制，保障供水量隨用水量的變化而變化，使得供水管道內的壓力保持不變，滿足人們日常用水的要求。除此之外還在進、出水總管上安裝電接點壓力表，在進水無水、出水超壓的情況下，電接點壓力表輸出開關量信號到PLC的輸入接點，該信號與變頻器設定的極限壓力信號進行比較，進而控制泵的切除，對泵起到保護作用。

圖1　系統組成圖

4　變頻器在二次加壓生活泵房的應用

4.1工藝控制要求

某小區二次加壓泵房新設4臺泵(中區2*22kW+高區2*30kw)，各加壓分區電動機分別采用一用一備方式運行，變頻控制柜均為一用一備型。

電源由建設單位根據負荷等級以相應供電方式引入泵房內低壓配電柜

4.2硬件組成

在系統設計階段，考慮到可靠性要求比較高，一般選用西門子公司的產品。

控制裝置PLC包含以下幾個模塊：CPU 模塊為 1747-L532。電源模塊為 1746- P2，可提供直流電 24V。數字量輸入模塊為1746- IB16，每個模塊包含 16 個數字量輸入。數字量輸出模塊為 1746-OW16，每個模塊包含16個數字輸出量，采用繼電器輸出，電壓范圍為直流 24V或者交流220V。模擬量輸入模塊為 1746- NI8，包含8個模擬輸入量，輸入范圍在-20到+20mA之間。模擬量輸出模塊為 1746- NO4I，包含4個模擬輸出量，輸出量程為 0到20mA。

4.3壓力傳感器和電接點壓力表

變頻控制柜采用雙壓力設定方式,根據總出水管壓力調節電機轉速達到恒壓供水，并通過進出水的電接點壓力表，在來水無水和出水超壓情況下保護停泵。

本系統選用SYB-100壓力傳感器，檢測范圍為0～1.6MPa；YX-150C電接點壓力表，檢測范圍為0～1.6MPa。

壓力傳感器安裝在壓力水柜上，將接收到的壓力信號轉變為電信號，該信號傳輸到遠程監控系統，在調度室可以監視進水壓力的變化。

在出水總管上也安裝壓力傳感器，將檢測到的水壓信號傳輸到變頻器的模擬量輸入端，跟變頻器設定的標準壓力值進行比較，進而調節電機的轉速。

在進水壓力水柜以及出水總管上分別安裝電接點壓力表，電接點壓力表將檢測到的壓力信號傳輸到變頻器的數字量輸入端，在來水無壓和出水超壓的情況下對泵進行切除，從而對泵進行保護。

4.4本系統已經成功應用于小區二次加壓泵房，并取得了良好的效果

（1）使用變頻器后,電機的運行電流、溫度明顯下降，減少了機械磨損，使電機的壽命延長。

（2）采用閉環控制，采用自動化控制儀表實現了自動調節的功能，能夠及時反饋水壓的變化值，并進行調整，保證了供水壓力的穩定。

5　優點

（1）節能高效。

該系統通過變頻器的運行，可根據管網中供水壓力的變化自動調節電機的轉速和頻率以及泵的切除，使管網中的壓力始終保持在一定范圍內，避免用水量低谷時對電能的浪費。

（2）供水壓力恒定。

變頻調速可以保持管網壓力恒定，壓力變化在 0.01MPa 以內。

（3）無人值守，操作簡單。

該系統可實現無人值守。故障時可以自動保護并發出報警信號。故障信號通過遠程監控系統被傳輸到調度室，工作人員可在調度室進行監視并操作，保障了供水的安全性。

參考文獻

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[4]李鶴龍.電動調節儀表.化學工業出版社,1985

[5]陳伯時.自動控制系統.機械工業出版社,1987

The application of inverter in water supply stations in high-rise buildings

Wu Hongmei,Xing Guangxu,Hou Yunlu
（Dalian tap water group design Co., Ltd.，Dalian Liaoning,116600）

Abstract：With the urban land tension, more and more high-rise buildings,high-rise building water supply design is even more important.Once the water supply is out of control,it is bound to bring a lot of trouble to the people's life and work,and even cause property damage.Therefore,must do the water supply pumping station civil construction in strict accordance with the national standards and rules of power supply and electrical control design.

Keywords：inverter;high water pump;application