變頻恒壓供水控制技術在泵站供水系統中的應用

孫緯

上海城投水務（集團）有限公司制水分公司 上海 200086

正文：

1、前言

隨著工業發展和人們生活水平的提高，對用水量和水質要求也隨之提高，原有的恒速泵供水方式已不能滿足要求。另外，隨著變頻調速技術[1]和可編程控制技術的有效應用，供水系統逐漸突破了間歇供水系統的局限性，緩解和改善了用水量與管道壓力之間的矛盾，在保證有效供水的前提下，可以降低能耗，提高供水效率。

2、變頻恒壓供水系統的節能原理

2.1 變頻調速原理

異步電動機的轉速與電源頻率、電動機的打滑（即轉差率）和電動機的磁極對數密切相關，其中電動機的轉速與電源頻率成正比，所以變頻調速就是通過改變電源頻率來改變電機轉速。電源頻率變頻最大范圍在0-50 Hz，上限一般略小于50hz是因為電動機當轉速超過其額定轉速時，按平方規律增加的轉距會使電動機嚴重過載，且考慮到變頻器內部一般有轉差補償功能以及水泵接近50HZ運行時不如直接在工頻下運行好，所以上限需要設置略低；下限一般略大于0hz是因為電動機轉速過低會使水泵出現“空轉”現象。

2.2 供水系統的變頻控制原理

供水系統在用變頻調速代替恒速電機的過程中，可以通過流體力學對泵的實際工作效率進行詳細的計算，其中包括兩個常數，即水量和變化趨勢。通過控制頻率，改變泵的轉速，使供水系統的流量、壓力和電機的軸功率發生變化。此外，由于供水系統管道阻力與水量的平方密切相關，在閥門開度調整過程中或者耗水量變化比較大時，需對水泵轉速進行有效的調整，改變電機的軸功率，使整個供水系統達到節能效果。

3、變頻恒壓供水系統的原理

變頻恒壓供水系統是以管網水壓為設定參數，根據實際工作特點控制水泵調速裝置，調整運行水泵數量，產生一定的供水壓力，形成閉環控制結構。在其工作過程中，主要是以壓力傳感器的形式檢測管網的相關壓力，將相關的傳感信號傳輸到處理中心，然后進行控制并實時監控，發現如果壓力不符合標準時，則需要可編程控制單元切換變頻器，以確保實際壓力與設定壓力一致。

3.1 變頻恒壓供水系統結構

變頻調速恒壓供水系統[2]由泵、變頻器、可編程控制器和相應的傳感機構組成，PLC、模擬量輸入和壓力傳感器構成閉環控制系統，控制泵的工作狀態、泵的數量、進出水量等，其中PLC控制器的內部結構也可以調節變頻泵的運行速度。

3.2 控制原理

轉換為PLC模擬量[3]輸入口的標準信號可調節PLC相關參數，如調整泵機運行時間、泵出口壓力、變頻器的頻率轉換、泵的轉速等。為了在給定的壓力下保持供水管網的壓力，實現恒壓供水，具體的工作中會出現不同的情況，比如當供水超過一個水泵時，由PLC根據用水量來控制工作水泵的數量和變頻器的調速；再比如在用水量小的情況下，為避免一臺泵長時間工作，通過控制系統在某一臺泵連續運行一段時間后切換到下一臺泵等。

4、變頻恒壓供水效果

4.1 變頻恒壓供水的優點

4.1.1 變頻供水靈活控制供水壓力，保證恒壓供水，有利于配水網絡的安全穩定運行，大大降低管網的泄漏率。采用傳統的恒速泵加壓供水方式時，當電動機在完全壓力下開始時(即直接起動也稱為全壓起動），它從靜止狀態加速到額定速度所需的時間很短，這意味著水流會在很短時間內從零流動到額定流量，這會引起管道內部壓力變化劇烈，即電機硬起動產生水錘效應，破壞性很大；此外如果管道內部壓力變化太大，過高或過低將導致管道內產生氣泡；水泵的直接停機也會引起壓力沖擊。變頻器用于調速后，通過合理設置加速和減速時間，可以延長啟動停止過程，合理控制供水壓力，減少對管道和管件沖擊，降低管網的泄漏率，最大限度地保護水泵，增加水泵的使用壽命。

4.1.2 采用變頻恒壓供水后不需要工人頻繁操作，系統可根據實際用水量自動調節，減輕了工人的工作量和工作強度。

4.1.3 變頻器直接驅動電機進行變頻(變流量)供水，具有接線簡單、使用電器元件少、充分發揮變頻器功能、運行穩定、節能效果明顯、維護率低等優點。

4.2 變頻恒壓供水系統自動控制技術的實踐應用

4.2.1 如果用水量相對較少，變量泵的轉速會自動下降到設定的頻率，此時控制器會自動停止定量泵，根據管網的壓力來轉換一下變量泵的轉速，從而保持管網壓力的穩定性。這時水泵的啟動都由變頻器進行控制，此類條件促使機組自動形成循環的軟啟動，保證每臺水泵的啟動頻率都能從設定的最小頻率漸漸提升，從而為變頻恒壓供水系統自動控制技術的順利開展奠定良好的基礎。

4.2.2 如果在實現自動控制技術時，外來管網的壓力逐漸高于設定壓力，那么各泵工作都會被控制器完全停止，利用外界管網壓力向供水管網供水。

4.2.3 在進行變頻恒壓供水系統自動控制技術利用時，如果遇到小流量輔助泵的系統，在用水量非常小的情況下，一般系統都是由一臺變頻泵以低頻率來運行維護管網壓力，如果管網的壓力依舊持續升高，那么此時控制器將會自動停止變頻泵，開啟小流量輔助泵，利用小容量輔助泵向供水管網供水。后期如果水量加大，可以逐漸的加入變頻泵進行自動投入運行，從而在根本上維護管網壓力的穩定性。

5、結束語

綜上所述，隨著人們生活質量的提高，人們對生活用水的質量要求越來越高，變頻恒壓供水以其環保、節能、水質好等優點越來越受到供水行業的重視，也為無人值守泵站的實現提供了技術條件。