浅谈变频器在水厂供水中的应用

摘 要：在日常供水过程中，实时的供水量会随着外部使用环境的变化而变化，有时候供水量会在短时间内有较大的变化，对于水厂而言，需要使用一定技术手段，保持供水水压的稳定性。应用变频技术是目前适应市场需求的最佳选择，其主要原理是动态调整水厂水泵电动机的供电频率（水泵转速），进而让水厂的实际供水压力可以根据实际情况，保持在最佳供水量，将因为水量频繁调节而导致的资源浪费和能源消耗降到最低水平。笔者结合自己的工作经验和相关知识，在本文中就变频器在水厂供水中应用的相关情况进行了分析和探讨。

关键词：变频器；变频技术；水厂供水；应用情况

1. 水厂供水变频调速系统的原理

简而言之，水厂供水变频调速系统主要通过为水泵电动机提供频率可变的供电电源，进而实现水泵电动机的无极调速，最终依照预先设定的参数实现管网水压自动化地连续变化。该系统装配有管网水压传感设备，水厂工作人员能够根据实际需求情况，利用PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）对压力值进行预先设定；同时，管网水压力传感器可以将压力值反馈信号传输至PLC，PLC借助于PID控制程序计算之后发出转速控制信号指令传输给变频器；压力设定信号的作用过程与上述过程基本相同。

通常情况，水厂为了维持供水服务的稳定性和可靠性，通常均让变频恒压设备控制2台以上的水泵，除了备用的1台水泵之外，其余水泵均处于工作状态，同时每一台水泵一般装配1台变频设备。当水厂需要供水时，配装有变频器的水泵便首先工作起来，工作一定时间之后，一旦管网水压力传感器感知管网水压达到预定值时，PLC便发出指令给变频器使其降低输出频率，使水泵处于低速运转状态，并让水泵工作在一个稳定的频率范围内，如果用水量持续减少，则会关闭冗余水泵；一旦管网水压力传感器感知管网水压降低至规定的最低值时，PLC便发出指令给变频器使其提高输出频率，使水泵处于高速运转状态，如果用水量持续增加，则会全部开启水泵甚至是备用水泵。PLC通过转速控制信号控制水泵转速，因而PLC是整个水厂供水变频调速系统的控制中枢。

2. 变频技术与变频器在水厂供水中的应用

交流电动机变频调速技术尤其是计算机控制技术的成熟使得PLC和变频调速结合得更加紧密，能够为水厂发挥的积极作用更加明显。水厂供水变频调速系统具有操作简单、高可靠性、高抗干扰性、供水压力恒定以及节能高效的优势；同时，借助于对该系统的更深入应用，水厂可以实现无人值守；另外，该系统可以实现多台水泵的软启动以及软停车，将传统操作方式容易导致的管网水锤效应降到最低；借助于网络通信技术，能够实现对水泵机房的远程数据维护和远程控制，拓展变频器的操作灵活性并提高其工作可靠性。

2.1 PLC控制系统的优化与改善

供水变频调速系统主要包括现场控制层、控制主干层以及管理层三个部分。若系统采用DCS（分布式控制系统）结构，实现难度比较低。DCS的控制模式采用“分散控制、集中管理”的多级控制模式，功能虽然分散，但是系统的可靠性得到了提高，水厂的控制主干层通讯利用以太网进行。另外，现代化管理的发展趋势也应该是水厂当前需要考虑的重要问题：水厂的管理网络应该包括中心控制室的计算机系统，另外，为了能够实现数据共享，水厂采集的各种数据都被输入到管理网络系统的服务器当中；生产数据和管理数据均被存放于同一个数据库当中，并能够对水厂的实际运行情况进行实时监视；另外服务器采用双硬盘配置，提高了数据安全性；客户端和服务器采用100Mb网卡，提高信息的传输速度。

2.2 变频技术与变频器可在水厂供水中的应用

变频技术与变频器具有非常高的节电率，其节能降耗效果显著，不仅能够节省水厂冗余设计所导致的资源浪费，而且还因为功率因数和调速精度高等获得更加良好的运行效益。变频技术可在减低设备与物料的损耗、降低机械噪声和损耗的同时，也能够有效提高供水的质量与数量，满足生产工艺的动态要求。

第一，泵房恒压供水系统。对于城市供水而言，水厂水泵均应用了大功率变频器，但是需要注意的是，水泵流量会因为水厂外部用水需求的随机变化，使得扬程和吸水井位也随之产生变化。在动态变化当中，水泵不可能时刻处于高效工作点的运行状态，非常有必要采取相应的控制措施。若采用变频技术之后，可以水泵始终工作在特性曲线的高效区，并能够实现良好的节电效果。

第二，滤池反冲洗系统。水厂滤池在使用过程中其过滤效果会逐渐降低，为了恢复并继续发挥滤池的原有功能，采用滤池反冲洗是非常重要的手段，通过有效的滤池清洗来提高滤池效率。只有适中的反冲洗强度才能够提高滤池反冲洗效果。如果强度过大，会导致承托层和滤料层翻动过大，导致漏砂、跑砂以及配水系统故障；如果强度过小，则会减弱反洗效果导致降低过滤性能。滤池反冲洗一般共用一套反冲洗设备，单个滤池的反冲洗气水管路安装有所不同，实际反冲洗强度不完全相同；另外随着水温变化，水的粘滞性也会变化，从而影响反冲洗强度。根据这些因素，一般来说，若PLC与变频调速技术相结合，是解决滤池反冲洗系统中存在的诸多问题的新途径。

第三，加药系统。水厂加药控制系统包括混凝剂的制作搅拌系统、投加系统两部分。混凝剂的投加，需要根据源水水质与水量的变化，及时准确地进行调节投加。授加混凝剂计量泵、投加石灰螺杆泵、加石灰给料机等，利用变频调速技术输出频率范围宽（0-200 Hz）的性能高于工频运行，使得投加量的调整范围变宽，满足工艺要求，降低药耗。例如，混凝剂的投加控制时，若以源水流量作为变频器的输入信号比例调节计量泵的转速，用混合水SCD值的反馈量比例积分调节计量泵的冲程，两者配合组成为前馈、反馈调节系统。

第四，风机。风机在供水行业的应用较多，如用于反冲洗各气动阀门与闸板等气源供给。风机站采用变频调速技术，可以使风机既能工作在低于额定压力，又满足生产要求的任何压力下运行。再辅以压力闭环控制，可实现空压机的供气压力、转速的动态匹配，减少电机的实际输入功率。达到节能目的，另外还具有供气压力稳定、配用电机实现软启动、降低机械磨损等优点。

3. 结束语

高功率因数、高效率、优异节电效果、可靠安全性以及优秀的调速和起制动性能等，使得交流变频调速技术成为极具前景的调速方式。将变频技术以及变频器应用于水厂的供水系统当中是未来发展的趋势，只有熟悉详细的供水过程和掌握变频器的技术原理才能更好的保证供水质量和经济利益。

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