变频调速恒压供水系统改造

摘要：传统生活给水系统依靠人工控制启停，造成资源的极大浪费；采用变频调速恒压供水系统改造后，大大提高了给水系统的稳定性，又可减低能耗。对振兴老工业基地，建设节能环保型社会具有重大意义。

关键词：变频技术；变频调速；供水系统；改造

Abstract: The traditional domestic water supply system to start and stop relying on manual control, resulting in a tremendous waste of resources; frequency control water supply system transformation, greatly improving the stability of the water supply system and reducing energy consumption. Of great significance to the revitalization of the old industrial base, the construction of energy-saving and environment-friendly society.Keywords: inverter technology; frequency control; water supply system; transformation

中图分类号：TM344.6文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

概述

变频调速恒压供水系统是采用单片机技术、交流变频技术和电机泵组相结合的新型供水系统。它可以直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置，为局部加压供水开辟了新的途径。变频调速供水系统可随时根据管网用水情况调节水泵转速，改变供水量，因水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省40%。与可编程控制器结合使用，可实现循环变频，电机软启动，具有欠压保护、过压保护、短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了设备的使用寿命。系统适用范围广，占地面积小，操作方便，已成为二十一世纪供水设备领域发展的必然趋势。

现状

某公司现有生产生活水泵三台，将地下水抽至高位水箱，其控制方法为人工控制起停，相应的水泵电机采用直接起动满载运行的方案。与之相配套的水泵电动机为Y180L-4 型 电机功率7.5Kw，额定电流为15 A；电压380V、频率50Hz、转速1486r/min。运行方式是恒转速运行。

这样的控制方式不但操作人员的劳动强度较大而且由于电机总是处于满载运行状态造成了大量能源的浪费，同时由于电机起动的冲击较大使机械设备使用寿命降低。

改造的可行性    上述方法存在明显的缺陷：水泵起停频繁，设备冲击较大易损坏，需专人监控。因此，对生产生活用水系统实施技术改造，降低能源消耗和设备磨损、减轻工人劳动强度，提高生产生活的效率已成大势所趋。

变频调速技术是电力电子技术和微电子技术相结合的产物，以其优异的调速特性和显著的节能效果，在国民经济的各个领域获得了广泛的应用。当今，变频调速已成为交流电动机转速调节的最佳方法。可靠性高、又可降低能量消耗，使这一问题获得圆满的解决。

改造方案

变频器我们选择了日立公司生产的L100型变频调速器，该变频调速器可靠性高，供电电源允许波动范围宽（380V±10%，50~60Hz±5%），抗干扰能力强，控制精度高。

控制器选择的是北京兰利东方科技有限公司生产的CPS-21B恒压供水控制器，该控制器适用于最多有3台主泵和一台附属泵的供水系统。其内部控制逻辑及控制算法均采用先进的现代控制理论进行设计，PID参数免调试，精度高，系统响应速度快，稳定性好。

  1.系统的结构设计

（1）水池：系统设地面(地下)水池，水池的容量应根据厂区生产生活用水量要求确定，应满足生产生活用水的正常需要。为尽大限度的减少造价，充分利用水池容量。

（2）压力传感器：设于水泵出水口管网中，将管网中水的压力信号转变为电信号，传送至变频控制柜中智能恒压供水控制器的输入端。

（3）水泵：水泵是整个系统的动力部分，主要用途是增压供水。泵的选型及数量要以管网在最不利情况(流量最大、扬程最大)为主要依据，为保持泵的经济运行，应尽量使泵在高效区间运行。利用可编程控制器和变频调速技术，可将现有水泵统筹安排，将诸多水泵并联，根据管网压力变化，依照设定程序，按先开先停的原则顺序启停，全部实现变频软启动，循环运行。由于所有水泵均匀使用，避免了以往备用泵因长期闲置而锈蚀的现象，水泵出现故障也能够及时发现，及时处理，从而确保水泵处于最佳性能状态。

（4）变频控制柜：是整个系统的指挥中枢。它是由变频器、恒压给水控制器以及电器元件构成的电路系统，它接收外界各种信息，及时处理，发出指令，控制整套系统自动化、智能化运转。

2.变频生产生活恒压供水系统的工作流程

向生活管网供水时，首先1#泵由变频器供电工作，水泵电机转速随着调节器输出给变频器控制信号的变化而改变，以保持管网力压的稳定。用水量大时，变频器输出频率升高，用水量小时，频率降低。当频率上升到50HZ（即水泵全速运转时）仍不能满足供水需要时，则PLC自动将1#泵切换到工频运行，1#泵由电网供电全速运行，2#泵由变频器供电投入运行，如果2#泵电机达到满转速时仍不能满足供水要求，则PLC自动将A2切换到工频运行，3#泵由变频器供电投入运行，依此规律逐个投入运行。所有水泵电机从静止到旋转工作都由变频器来启动，实现带载软启动，避免了启动冲击电流和启动给水泵电机带来的机械冲击。

当1#～3#泵都处于工频全速运行方式，3#处于变频运行工作方式时，如此时用水量减小，变频器输出频率下降，当频率到达下限后，供水量仍大于用水量，则系统自动将1#泵停止运行，同样，1#泵停机后，如此时供水量还大于用水量，则系统自动将2#泵停止运行，依此类推。如此时用水量又大于供水量，则系统自动将3#泵投入电网工频运行，1#泵由变频器供电运行……如此系统实现了循环带载软启动、循环停机的工作方式，保证了管网压力稳定。

四、 运行效果

该项目于2011年6月24日调试完毕正式投入运行。设定供水管网压力为0.3Mpa.随着实际用水量的变化，变频器输出频率（即电机转速）也随之改变，一般在35―40HZ之间，管网压力始终能够稳定在0.3MPa，系统稳定可靠，操作方便，效果非常显著。   

电机启动平稳、运行安全可靠

由于变频器具有软启动功能，因此水泵电机机启动平稳，安全可靠，避免了技术改造前电机启动时电气设备、电机的冲击，减少了噪音污染，降低了上述设备的损耗和维护工作量，延长了设备的使用寿命。

由于变频器有过压、欠压、过流、过载、缺相、短路、过热等保护功能，对电机及相关设备具有保护作用，避免了以往因线路故障后供电交流故障而损坏电机设备的现象。

2．操作方便，提高运行效率，节约能源

由于利用变频调速技术控制供水管网压力，取代了落后的高位水箱 ，工人操作方便，只需通过在控制盘上就可实现。

改造前，通常每二周即须检修一次。改造后，一年来，已累计运行9000小时从未检修，因此可节约大量的电力能源（平均约节约46%）以及维修费用。由此可见，经济效益十分显著。

五、 结论   实践证明采用变频调速技术，使供水系统向自动化、智能化发展，它的应用，不仅节约能源，大大减轻了工作人员的劳动强度，有效的保证了设备安全可靠高效运行，提高了运行精度。降低维修费用，延长设备使用寿命和检修周期，减轻电动机频繁起动对设备的冲击等各个方面都有显著的效果。采用先进技术改造老旧设备，挖潜增效，具有十分重要的意义。