【導(dǎo)讀】提高，城市建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。響到用戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了供水管理水平的高低。自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)，難以滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)生活的需要。隨著人們對(duì)供水質(zhì)量和供。高精度等特點(diǎn)的結(jié)論。因此本文以采用變頻器和PLC組合構(gòu)成系統(tǒng)的方式，以。變頻電機(jī)的運(yùn)行模式、控制模式及流程。在此基礎(chǔ)上，對(duì)中小供水廠變頻電機(jī)的。的問題和注意事項(xiàng)。通過變頻恒壓供水系統(tǒng)的試運(yùn)行，對(duì)該系統(tǒng)在實(shí)際供水中所。中小供水廠供水領(lǐng)域所取得的成果及應(yīng)用中的局限性。將具有重要經(jīng)濟(jì)意義。成本居高不下，單位供水的能耗偏大的問題，尋求供水與能耗之間的最佳性價(jià)比，采用進(jìn)口元件組裝或直接進(jìn)口國外變頻器，結(jié)合PLC或PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)恒壓供水，優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)了相當(dāng)部分小容量變頻恒壓供水市場(chǎng)。產(chǎn)變頻器有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善r仆網(wǎng)。站，特點(diǎn)是變頻控制的電機(jī)功率小，一般在135kw以下，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單。

　　

【正文】 供水壓力也會(huì)在很大的壓力范 圍內(nèi)震蕩。這樣的工作狀態(tài)既無法提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，也使得 機(jī)組由于相 互切換頻繁而增大磨損，減少運(yùn)行壽命。 對(duì)于第二個(gè)判別條件，通過相同的討論方法也能夠得到類似的結(jié)論。所以， 在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)在確實(shí)需要機(jī)組進(jìn)行切換的時(shí)候才進(jìn)行機(jī)組的切換。相應(yīng)的 判別條件是通過對(duì)上面兩個(gè)判別條件的修改得到的，其實(shí)質(zhì)就是增加了回滯環(huán)的 應(yīng)用和判別條件的延時(shí)成立。 在恒壓供水中，機(jī)組的切換為機(jī)組增加與機(jī)組減少兩種情況，這兩種情況由 于變頻器輸出頻率與供水壓力的不同邏輯關(guān)系相對(duì)應(yīng)?？紤]到只有當(dāng)變頻器的輸 出頻率在上下限頻率時(shí)才可能發(fā)生切換，并且上限頻率時(shí)不可能減泵，下限 頻率 時(shí)不可能增泵，所以，可以采用回滯環(huán)思想進(jìn)行判別如圖 3_7表示 即 :如果變頻器的輸出為上限頻率，則只有當(dāng)實(shí)際的供水壓力低于比設(shè)定壓 力小△ P 故 的時(shí)候才允許進(jìn)行機(jī)組增加 :如果變頻器的輸出為下限頻率，則只有當(dāng) 實(shí)際的供水壓力高于比設(shè)定壓力大△ P故 的時(shí)候才允許進(jìn)行機(jī)組的減少。 回滯環(huán)的應(yīng)用提供了這樣一個(gè)保障，即如果切換的判別條件滿足，那就說明 此時(shí)實(shí)際供水壓力在當(dāng)前機(jī)組的運(yùn)行狀況下滿足不了設(shè)定的要求。但這個(gè)判別條 件的滿足也不能夠完全證明當(dāng)前確實(shí)需要進(jìn)行機(jī)組切換，因?yàn)橛袃煞N情況可能使 判別條件的成立存在問題 :實(shí)際供水壓力超調(diào)的影響 ?，F(xiàn)場(chǎng)的干擾使實(shí)際壓力的 測(cè)量值有尖峰。 這兩種情況都可能使機(jī)組切換的判別條件在一個(gè)比較短的時(shí)間內(nèi)滿足，造成 判斷上的失誤，引起機(jī)組切換的誤操作。這兩種情況有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即它們 維持的時(shí)間短，只能夠使機(jī)組切換的判別條件在一個(gè)瞬間滿足。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)， 在判別條件中加入延時(shí)的判斷就顯得尤為必要了。 所謂延時(shí)判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的 要進(jìn)行機(jī)組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一 段時(shí)間，比 如一、兩分鐘，如果在這段延時(shí)的時(shí)間內(nèi)切換條件仍然成立，則進(jìn)行 實(shí)際的機(jī)組切換操作 。如果切換條件不能夠維持延時(shí)時(shí)間的要求，說明判別條件的 滿足只是暫時(shí)的，如果進(jìn)行機(jī)組切換將可能引起一系列多余的切換操作。 經(jīng)過上面的討論，將實(shí)際的機(jī)組切換的實(shí)際條件定為 : 本章分析了變頻供水系統(tǒng)的控制方式和組成，并對(duì)每一個(gè)組成部分進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和說明。通過這些系統(tǒng)組成的變頻恒壓供水，充分滿足了變頻供水中的多模式運(yùn)行以及供水工程中所必須的安全、可靠和擴(kuò)展能力。然后對(duì)變頻恒壓供水的控制流程進(jìn)行了 說明，闡述了變頻供水系統(tǒng)的恒壓原理和控制方法，最后，通過詳細(xì)的分析，說明了在一拖多的恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件。 4 變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4， 1樂山市第一水廠的現(xiàn)況 樂山市第一水廠為樂山城市北部的一個(gè)供水廠，設(shè)計(jì)供水能力 3萬立方淞 日，是典型的中小供水廠，第一水廠曾是樂山老城區(qū)的供水主力水廠，隨著城市 的發(fā)展，第一水廠的供水地位有所下降，目前主要承擔(dān)輔助性供水任務(wù)，日供水 量在 1一 2萬立方米，合理供水壓力在 ~04MPa之間 .小時(shí)供水量在 500、 1000 立方湘小 時(shí)，夜間 1一 2時(shí)會(huì)停機(jī)，重新啟動(dòng)后有 2一 3小時(shí)的小流量補(bǔ)水運(yùn)行，這 時(shí)的流量在 100一 400立方湘小時(shí)。 0)電機(jī)及水泵搭配情況 樂山市第一水廠共有四臺(tái)電機(jī)水泵負(fù)責(zé)供水，其中一臺(tái)為備用機(jī)泵，日常供 水主供機(jī)泵三臺(tái)，但同時(shí)最多只使用兩臺(tái)。具體機(jī)泵型號(hào)如表 1所示。 (2)供水機(jī)組運(yùn)行方式 由于第一水廠供水情況看，雖然目前處于老城區(qū)供水的重要水廠，但在全城 范圍內(nèi)，仍只能屬于輔助水供水廠，因此，其供水量主要用于城區(qū)補(bǔ)充用水，供 水量的時(shí)變化系統(tǒng)較 大，在夜間 1一 2點(diǎn)還需要停機(jī)，在 2點(diǎn)左右啟機(jī)后的供水低 峰，其供水量?jī)H為 100一 400立方米 /.J、時(shí)。但在白天供水高峰，通常供水量會(huì)達(dá)到 1000立方米以上。 第一水廠供水量時(shí)變化系統(tǒng)較大，通常供水時(shí)，供水操作人員采用了以下方 式進(jìn)行水量控制 : 1)在供水量為 100一 600 立方米月、時(shí)。采用一臺(tái) Y2805胡 skw 電機(jī)帶動(dòng) 250539水泵供水，如果供水低于 400立方時(shí)，需對(duì)壓力進(jìn)行控制時(shí)，采取了掩閥 的運(yùn)行方式。 2)在 600一 90()立方米 /小時(shí)采用一臺(tái) Y3 巧 LI一 4/160kw電機(jī)帶動(dòng) 300558，如 果供水量只有 600立方上下，需對(duì)供水量及供水壓力進(jìn)行控制時(shí)，采取了掩閥的 運(yùn)行方式。 3)在供水量超過 900立方米時(shí)，根據(jù)操作人員不同，采用兩種方式，一種是 一臺(tái) Y315LI一 4/160kw電機(jī)帶動(dòng) 300558水泵加上采用一臺(tái) Y280s一胡 skw電機(jī)帶 動(dòng) 250539水泵供水，另一種兩臺(tái) y315LI一 /160kw 電機(jī)帶動(dòng) 300555水泵供水， 在小時(shí)流量在 1100立方米以下時(shí)，操作人員采取了掩閥的運(yùn)行方式。 根據(jù)第一水廠所供水范圍 的高程和區(qū)域要求，第一水廠理想供水壓力值要求 在。 .35刁鴻 Mpa之間 .這是由于過低的供水壓力會(huì)造成供水片區(qū)用戶的水壓不足， 過高的供水壓力會(huì)造成對(duì)供水管網(wǎng)的損壞。因此，合理控制供水壓力第一水廠非 常重要。在實(shí)際操作中，由于操作中有時(shí)采用了人工機(jī)組切換方式對(duì)供水量和供 水壓力進(jìn)行控制，機(jī)組切換中，就會(huì)造成壓力值的短時(shí)損失，從而影響供水 . 經(jīng)實(shí)測(cè)，第一水廠 Y315電機(jī)啟動(dòng)電流在 1200A以上， Y280s 電機(jī)啟動(dòng)電流 在 500A 以上，對(duì)電機(jī)具有一定的沖擊作用。在供水電耗方面 ，第一水廠供水電 機(jī)平均電耗在 140kwjk時(shí)左右，隨著各季節(jié)流量的不同及電機(jī)搭配不同，電耗值 上下浮動(dòng)約 10%。 通過第一水廠變頻器的改造，可以實(shí)現(xiàn)恒壓供水，確保供水穩(wěn)定，同時(shí)可能 產(chǎn)生節(jié)能增效的作用 .第一水廠作為輔助水廠，在第一水廠變頻器改造的成功， 也能為樂山主力供水廠提供可靠的變頻器設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)。 在第二章已對(duì)變頻電機(jī)的理論和在恒壓供水中所產(chǎn)生的效果進(jìn)行了理論分 析，在第一水廠中，供水壓力長(zhǎng)期恒定在 ，在實(shí)際操作中，也 經(jīng)常采用機(jī)組切換及閥門掩閥操作 .在理論上，如在第一水廠采用變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn) 恒壓供水，對(duì)恒定供水壓力確保管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定、減少啟動(dòng)電流、節(jié)約電耗都可 以產(chǎn)生積極和效果。 供水行業(yè)作為特殊行業(yè)，在采用新技術(shù)的同時(shí)，對(duì)技術(shù)穩(wěn)定性、可靠性也有 較高要求，變頻恒壓供水技術(shù)雖然出現(xiàn)時(shí)間不長(zhǎng)，但 20 世紀(jì) 90年代，變頻器大規(guī) 模進(jìn)人中國后，發(fā)展迅速，技術(shù)上己逐步成熟 .目前國內(nèi)有 90多個(gè)品牌的變頻器， 產(chǎn)品主要為 :來自日本的廠家如三菱、富士、東芝、安川、日立和松 下等，歐洲的西 門子、 ABB、施耐德等。同時(shí)也有大量的國產(chǎn)品牌或合資品牌，如深圳的華為、四 川的森蘭、成都的佳靈、南京的耐特和煙臺(tái)的惠豐等。在低壓 (4。 ov)小容量 (315kw 以內(nèi) )變頻器范圍上，國內(nèi)產(chǎn)品在性價(jià)比和可維護(hù)性上己表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景 .在 國內(nèi)的上海、廣東等大量中小型供水廠中，都己采用了低壓變頻供水設(shè)施。 早期國內(nèi)變頻器價(jià)格偏高，隨著小容量低壓變頻器在國內(nèi)的量產(chǎn)，價(jià)格己逐步下降，目前 300kw 左右的國產(chǎn)低壓變頻器價(jià)格一般均在 10萬元以下，進(jìn)口變 頻器價(jià)格一般要高 1一 2倍，考慮到第一水廠變頻恒壓供水改造為主力水廠進(jìn)行變 頻改造試驗(yàn)的性質(zhì)，采用性能成熟的國產(chǎn)低壓變頻器更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也是第一水 廠所能接受的 . 從第二章的分析可以看出，變頻供水具有良好的節(jié)能效果，按目前第一水廠 平均每日機(jī)泵切換次數(shù)為 3~4次，掩閥次數(shù)為 3~4次，所掩閥時(shí)間大約每日在 3碑 小時(shí)，掩閥水量約為額定流量的 80%。由第二章的分析可以算出， P(功率卜 Q(流 量卜 H(壓力 )，流量 Q與轉(zhuǎn)速 n的一次方成正比，壓力 H與轉(zhuǎn)速 n的平方成正比， 功率 P 與轉(zhuǎn)速 n的立方成正比。由上述公式可知，如果水泵的效率 一定，當(dāng)要求 調(diào)節(jié)流量 Q下降時(shí)，轉(zhuǎn)速 n可成比例下降，此時(shí)水泵的輸出功率 P是成立方關(guān)系 下降。 目前水廠電機(jī)消耗功率通常用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，并經(jīng)在第一水廠電機(jī) Y315和 Y28O實(shí)踐檢驗(yàn)具有一定可靠性，以此為標(biāo)準(zhǔn) : — 電動(dòng)機(jī)在額定流量時(shí)的額定功率 Qe— 電動(dòng)機(jī)的額定流量 Q— 掩閥后的實(shí)際流量 在采用變頻調(diào)速時(shí)，變頻器輸入功率近似等于軸功率，因此，其消耗功率為 : . 變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速 當(dāng)流量下降到額定流量的 80%時(shí)，兩者的功率差為 從中可以看出，采用變頻電機(jī)具有良好的節(jié)能效果 ，從廣東類似水廠的實(shí)際 使用經(jīng)驗(yàn)來看，實(shí)際節(jié)能效果與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算相比相差略偏小一些，但未超過 10%。如果以第一水廠電價(jià)。石 3元度，每天 160kw電機(jī)掩閥 3小時(shí)計(jì)算，一天 大約能節(jié)約電費(fèi) 100 元，考慮維護(hù)費(fèi)用等因素，第一供水廠在投資 4~5年內(nèi)可 以收回投資。 水廠作為公用事業(yè)企業(yè)，社會(huì)效益在企業(yè)中的重要性甚至要大于經(jīng)濟(jì)效益， 采用變頻供水后，從第二章的分析可以看出，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓供水，從而大大 提高用戶用水壓力的均衡，避免由人工方式控制不及時(shí)所帶來的壓力變化大、不 利于用 戶用水的弊病。 此外，由于恒壓供水，水錘效應(yīng)大幅減少，也可以大大減少因管道爆裂所造成的停水事件。 (1)供水環(huán)境的變化一直比較難以長(zhǎng)期掌握，第一水廠供水量在改造后有可 能發(fā)生變化導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行方式發(fā)生變化，從而影響變頻恒壓供水的使用效果。 (2)由于變頻恒壓供水需增加變頻器，需對(duì)現(xiàn)有電氣線路、電氣柜和控制臺(tái) 進(jìn)行改造，以放置變頻器和控制設(shè)備。將使目前空間較小的第一水廠送水泵房空 間更為狹小。 (3)第一水廠變頻改造后，由于水廠本身的高濕高溫環(huán)境，因而 需要對(duì)變頻 器進(jìn)行日常的維護(hù)與保養(yǎng)，增加了日常工作人員的負(fù)擔(dān)。 第一水廠日常主供機(jī)組有三臺(tái)，備用電機(jī)有一臺(tái)，可以采用的變頻方式有一 拖二 (即一臺(tái)變頻器帶二臺(tái)電機(jī) )、一拖三、一拖四三種。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，拖 的電機(jī)較多，變頻器和控制系統(tǒng)就會(huì)越復(fù)雜，成本也會(huì)較高一些。從國內(nèi)目前成 熟的變頻器上考慮，采用一拖二方式的低壓變頻器成本較低，技術(shù)也較成熟。因 此如果能滿足第一水廠供水要求，采用一拖二的方式更適宜于第一水廠。 在變頻電機(jī)選擇上，考慮第一水廠作為全城的輔助水廠，在每天夜 間會(huì)停機(jī)， 并在啟機(jī)后會(huì)有較長(zhǎng)時(shí)間采用較小流量補(bǔ)水，這時(shí)采用小功率電機(jī)變頻，電機(jī)功 率相對(duì)會(huì)低一些，因此，從經(jīng)濟(jì)與實(shí)用角度，采用變頻一拖二，帶一臺(tái) Y315/160kw 電機(jī)和一臺(tái) Y2805刀 skw 電機(jī)，既可以滿足最大供水量要求，也可以解決小流量 時(shí)電耗問題，是比較適宜的變頻機(jī)泵選擇方案。 (l)變頻器容量的選擇方法 變頻器容量是變頻器的最重要的參數(shù)，如何選擇變頻器容量是變頻器選型的 關(guān)鍵。 變頻器的容量有三種表示方法 :①額定電流 。②適 配電動(dòng)機(jī)的額定功率 。③ 額定視在功率。不管是哪一種表示方法，歸根到底還是對(duì)變頻器額定電流的選擇， 應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況根據(jù)電動(dòng)機(jī)有可能向變頻器吸收的電流來決定。通常變頻器的過 載能力有兩種 :不管是哪一種表示方法，歸根到底還是對(duì)變頻器額定電流的選擇， 應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況根據(jù)電動(dòng)機(jī)有可能向變頻器吸收的電流來決定 .通常變頻器的過 載能力有兩種 :① 12倍的額定電流，可持續(xù) 1分鐘 :② ，可持 續(xù) 1分鐘 :而且變頻器的允許電流與過程時(shí)間呈反時(shí)限的關(guān)系。如 12()倍的額定電流可持續(xù) lmin。而 LS()倍的 額定電流，可持續(xù)眾 sn血。這就意味著 :① 不論任何時(shí)候向電動(dòng)機(jī)提供在 lmin(或 )以上的電流都必須在某些范圍內(nèi)。 ②過載能力這個(gè)指標(biāo)，對(duì)電動(dòng)機(jī)來說，只有在啟動(dòng) (加速 )過程中才有意義，在 運(yùn)行過程中，實(shí)際上等同于不允許過載 . 下面討論如何根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流的情況來選擇變頻器帶一臺(tái)電機(jī)時(shí)的容 量選擇。 首先計(jì)算出負(fù)載電流，然后應(yīng)考慮三個(gè)方面的因素 :①用變頻器供電時(shí)，電 動(dòng)機(jī)電流的脈動(dòng)相對(duì)工頻供電時(shí)要大些 。②電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)要求。即是由低頻低壓 啟動(dòng)，還是額定電壓、額定頻率直接啟動(dòng) .③ 變頻器使用說明書中的相關(guān)數(shù)據(jù)是 用該公司的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)測(cè)試出來的。要注意按常規(guī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的電機(jī)在性能上可能有 一定差異 .故計(jì)算變頻器的容量時(shí)要留適當(dāng)余量。 由低頻低壓?jiǎn)?dòng)或由軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，而變頻器只用來完成變頻調(diào)速時(shí)，要求 變頻器的額定電流稍大于電動(dòng)機(jī)的額定電流即可，即要求 其中， 1份 變頻器額定電流， 1州俐一 電動(dòng)機(jī)額定電流 . 額定電壓、額定頻率直接啟動(dòng)時(shí)，對(duì)三相電動(dòng)機(jī)而言，由電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù) 可知，啟動(dòng)電流是額定電流的 see7倍。因而 得用下式來計(jì)算變頻器的頻定電流。 式中 1‘一電動(dòng)機(jī)在額定電壓，額定頻率時(shí)的啟動(dòng)電流 KFg一變頻器的過載倍數(shù) b周期性變化負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)變頻器容量的計(jì)算