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变频恒压供水成为市政供水系统的主流供水方式的原因分析

发布时间:2020-5-19 15:56:59 浏览次数:

变频恒压供水是指在供水管网中用水量发生变化时,出口压力保持不变的供水方式。供水管网的出口压力值是根据用户需求确定的。传统的恒压供水方式是采用水塔、高水位箱、气压罐等设施实现的。

一、变频调速的特点及分析

用户用水量一般是动态的,因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡 集中反映在供水的压力上,即用水多而供水少,则压力低;用水少而供水多,则压力大。保持供水 压力的恒定,可使供水和用水之间保持平衡,即用水多时供水也多,用水少时供水也少,从而提高了供水的质量。

恒压供水系统对于用户是非常重要的。在生产生活供水时,若自来水供水因故压力不足或短时断水 ,可能影响生活质量,严重时会影响生存安全,如发生火灾时,若供水压力不足或无水供应,不能 迅速灭火,可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以,用水区域采用正艺恒压供水系统,能产生较大的经济效益和社会效益。

随着电力技术的发展,变频调速技术的日臻完善,以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以 往高位水箱和压力罐等供水设备,起动平稳,起动电流可限制在额定电流以内,从而避免了起动时 对电网的冲击;由于泵的平均转速降低了,从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命;可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能,将使 供水实现节水、节电、节省人力,最终达到高效率的运行目的。

二、恒压供水设备的变频应用方式

通常在同一路供水系统中,设置多台常用泵,供水量大时多台泵全开,供水量小时开一台或两台。 在采用变频调速进行恒压供水时,就用两种方式,其一是所有水泵配用一台变频器;其二是每台水 泵配用一台变频器。后种方法根据压力反馈信号,通过PID运算自动调整变频器输出频率,改变电 动机转速,最终达到管网恒压的目的,就一个闭环回路,较简单,但成本高。前种方法成本低,性 能不比后种差,但控制程序较复杂,是未来的发展方向,比如上海正艺信息科技的恒压供水控制系 统就可实现一变频器控制任意数马达的功能。下面讲到的原理都是一变频器拖动多马达的系统。

三、PID控制原理

根据反馈原理:要想维持一个物理量不变或基本不变,就应该引这个物理量与恒值比较,形成闭环 系统。我们要想保持水压的恒定,因此就必须引入水压反馈值与给定值比较,从而形成闭环系统。 但被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统,现在控制和PID相结合的方法,在压力波动较大时 使用模糊控制,以加快响应速度;在压力范围较小时采用PID来保持静态精度。这通过PLC加智能仪 表可实现该算法,同时对PLC的编程来实现泵的工频与变频之间的切换。实践证明,使用这种方法 是可行的,而且造价也不高。 要想维持供水网的压力不变,根据反馈定理在管网系统的管理上安装了压力变送器作为反馈元件, 由于供水系统管道长、管径大,管网的充压都较慢,故系统是一个大滞后系统,不易直接采用PID 调节器进行控制,而采用PLC参与控制的方式来实现对控制系统调节作用。

四、变频控制原理

用变频调速来实现恒压供水,与用调节阀门来实现恒压供水相比,节能效果十分显著(可根据具体 情况计算出来)。其优点是:

1、 起动平衡,起动电流可限制在额定电流以内,从而避免了起动时对电网的冲击;

2、 由于泵的平均转速降低了,从而可延长泵和阀门等的使用寿命;

3、 可以消除起动和停机时的水锤效应;

一般地说,当由一台变频器控制一台电动机时,只需使变频器的配用电动机容量与实际电动机容量 相符即可。当一台变频器同时控制两台电动机时,原则上变频器的配用电动机容量应等于两台电动 机的容量之和。但如在高峰负载时的用水量比两台水泵全速供水量相差很多时,可考虑适当减小变频器的容量,但应注意留有足够的容量。

虽然水泵在低速运行时,电动机的工作电流较小。但是,当用户的用水量变化频繁时,电动机将处 于频繁的升、降速状态,而升、降速的电流可略超过电动机的额定电流,导致电动机过热。因此,电动机的热保护是必需的。对于这种由于频繁地升、降速而积累起来的温升,变频器内的电子热保 护功能是难以起到保护作用的,所以应采用热继电器来进行电动机的热保护。 在主要功能预置方面,最高频率应以电动机的额定频率为变频器的最高工作频率。升、降速时间在 采用PID调节器的情况下,升、降速时间应尽量设定得短一些,以免影响由PID调节器决定的动态响 应过程。如变频器本身具有PID调节功能时,只要在预置时设定PID功能有效,则所设定的升速和降 速时间将自动失效。

五、恒压供水系统特点

1、 节电:优化的节能控制软件,使水泵实现最大限度地节能运行;

2、 节水:根据实际用水情况设定管网压力,自动控制水泵出水量,减少了水的跑、漏现象;

3、 运行可靠:由变频器实现泵的软起动,使水泵实现由工频到变频的无冲击切换,防止管网冲击 、避免管网压力超限,管道破裂。

4、 联网功能:采用全中文工控组态软件,实时监控各个站点,如电机的电压、电流、工作频率、 管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量,累积每台泵的出水量,同时提供各种形式的 打印报表,以便分析统计。

5、 控制灵活:分段供水,定时供水,手动选择工作方式。

6、 自我保护功能完善:如某台泵出现故障,主动向上位机发出报警信息,同时启动备用泵,以维 持供水平衡。万一自控系统出现故障,用户可以直接操作手动系统,以保护供水。

六、系统应用范围

1、 自来水厂、加压泵房

2、 居民生活区、宾馆及其它建筑

3、 企业生产用水

4、 锅炉循环水系统

5、 农田灌溉系统

七、变频恒压供水的优势

同其它供水方式相比较,中联泵业变频恒压供水系统,除了具有显著的节能效果外,还有以下显而易见的优势:

1、恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率,而达到调节水泵转速改变水泵出口压力,比 靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式,具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。

2、由于变量泵工作在变频工况,在其出口流量小于额定流量,泵转速降低,减少了轴承的磨损和 发热,延长泵和电动机的机械使用寿命。

3、水泵电动机采用软启动方式,按设定的加速时间加速,避免电动机启动时的电流冲击,对电网 电压造成波动的影响,同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。彻底消除水锤现象。

4、实现恒压自动控制,不需要操作人员频繁操作,降低了人员的劳动强度,节省了人力。


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