淺談變頻調(diào)速裝置在城市供水泵站中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速裝置 城市供水 應(yīng)用
一、采用變頻調(diào)速裝置的必要性
安陽市供水管網(wǎng)屬多水源供水管網(wǎng)，送水二級泵房受管網(wǎng)的影響較大，壓力和流量隨用戶用水量變化而變化。根據(jù)送水泵房原始資料分析，用水量最大時(shí)發(fā)生在每日上午10—11時(shí)和下午5—7時(shí)兩個(gè)時(shí)段，供水量最小發(fā)生在4—7時(shí)，時(shí)變化系數(shù)K時(shí)=1.2。為了滿足城市居民生活及工業(yè)用水，水廠在管理操作過程中，根據(jù)管網(wǎng)壓力和流量的變化，采用人工調(diào)節(jié)水泵運(yùn)行臺數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)出廠水壓力的基本穩(wěn)定。該控制方法存在主要問題是由于單臺水泵調(diào)節(jié)幅度大，壓值時(shí)常高于或低于所需要壓力值。這種運(yùn)行方式，不僅不能很好地保證服務(wù)壓力，而且能量浪費(fèi)嚴(yán)重。為解決這一問題，我們曾采過切削水泵葉輪辦法和更換水泵機(jī)組的辦法，來達(dá)到穩(wěn)定服務(wù)壓力值的目的。然而，這些方法，經(jīng)實(shí)踐證明均達(dá)不到理想的效果，為此我們結(jié)合本單位實(shí)際，設(shè)計(jì)了變頻調(diào)速裝置。
在城市供水系統(tǒng)中，二級泵站的設(shè)計(jì)通常是按最大時(shí)用水量進(jìn)行考慮，這樣水泵在正常運(yùn)行中，除短時(shí)的高峰期用水外，其余時(shí)間均長期處于你負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)常性的能量消耗極大。
根據(jù)我公司運(yùn)行狀況分析，泵站的經(jīng)常運(yùn)行費(fèi)用占供水成本50%——70%，一九九五年千噸水耗電已達(dá)306，9KWH，全年總耗電量為2831.59萬KWH。因此，如何使二級泵站運(yùn)行在最佳狀態(tài)，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。
二、安裝變頻調(diào)速裝置技術(shù)方案及控制原理
在對調(diào)查收集第一手技術(shù)資料分析的基礎(chǔ)上，采用進(jìn)口日本富士變頻調(diào)速裝置和PLC控制器，利用原有設(shè)備，經(jīng)過技術(shù)改造，組成一個(gè)恒壓變量供水，定值閉環(huán)控制系統(tǒng)。整個(gè)水泵機(jī)組6臺，電機(jī)均為75千瓦，水泵型號為10sh—9。其中3臺水泵采用變頻調(diào)速，別外3臺為恒速泵運(yùn)行方式。3臺恒速泵為常開泵，其余3臺為變頻調(diào)速泵。當(dāng)用水量等于3臺泵總供水量時(shí)，由3臺恒速泵供水（通過查閱資料分析，第一水廠供水低谷時(shí)，最小流量均大于3臺泵供水量。）;當(dāng)實(shí)際用水量大于3臺泵總供水量時(shí)，壓力低于0.3Mpa時(shí)，變頻調(diào)速機(jī)組1號泵自動(dòng)啟動(dòng)，這時(shí)頻率、電流、流量由零逐步上升，倘若壓力增加到所設(shè)定水壓值（0.3 Mpa）時(shí)，變頻調(diào)速將保持相應(yīng)的頻率、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等運(yùn)行狀態(tài)參數(shù);當(dāng)用水量繼續(xù)增加，出廠壓力下降，小于設(shè)定壓力值時(shí)，變頻調(diào)速1號水泵相應(yīng)頻率、流量、電流增加;當(dāng)用水量繼續(xù)增加到大于4臺泵供水量時(shí)，這時(shí)如果出廠水壓力小于設(shè)定壓力值，1號變頻泵轉(zhuǎn)入恒頻狀態(tài)，變頻調(diào)速裝置自動(dòng)啟動(dòng)2號泵，直至到達(dá)0.3 Mpa值時(shí)，保持相應(yīng)的頻率、電流等參數(shù);倘若用水量減少，出廠水壓力將增加，此時(shí)，2號水泵機(jī)組停止運(yùn)行，2號水泵機(jī)組仍處于變頻調(diào)速狀態(tài)，隨用水量的增加或減少來穩(wěn)定出廠壓力。
在設(shè)備運(yùn)行過程中，由于用水量的變化，隨之產(chǎn)生壓力的變化，其差值通過傳感器，將壓力信號傳給PLC控制調(diào)節(jié)器，經(jīng)過運(yùn)算、比較、放大，一是將信號傳給變頻器（VVVF）控制輸出頻率，二是通過開關(guān)切換控制多臺泵組的起停，從而達(dá)到恒壓變量供水。該系統(tǒng)主要由壓力傳感器、PLC控制、開關(guān)切換組件（斷電保護(hù)、信號設(shè)備、開關(guān)等）、交流變頻器、電動(dòng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控現(xiàn)場組成（詳見圖1）
該“變量恒壓供水系統(tǒng)”采用了微機(jī)控制的正弦波脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)和大功率晶體管（GTR）技術(shù)，是微電子技術(shù)和功率電子技術(shù)的結(jié)晶，特別是采用了PLC控制調(diào)節(jié)器控制數(shù)臺水泵軟啟動(dòng)方式，消除了直接起動(dòng)時(shí)電機(jī)電流對電網(wǎng)的沖擊和干擾，提高了工作效率和電機(jī)水泵的使用壽命。
系統(tǒng)軟件由主程序及各子程序組成，主程序是一循環(huán)程序，它是程序組織的主體，控制著變頻運(yùn)行的全過程，從初始開始，對系統(tǒng)參數(shù)初始化進(jìn)入循環(huán)程序，周而復(fù)始的對整個(gè)過程運(yùn)行情況逐一檢測，控制處理。
在程序控制中，設(shè)定水壓P值、頻率HZ值、清水池上限水位h1值及下限水位H2值。由傳感器傳來水壓PI值和水位HI值后，經(jīng)參數(shù)比較，若P1＜P值，而且經(jīng)變頻裝置將檢測各種參數(shù)正常后，啟動(dòng)水泵1號機(jī)組，即N=0+1，并將其值輸入單元模數(shù)。若PI=P時(shí)，變頻裝置進(jìn)行自診斷，并保持相應(yīng)的頻率HZ、轉(zhuǎn)速ni、電壓Vi等參數(shù)。若頻率Hzi＜Hz所設(shè)定的頻率時(shí)，再檢查變送器傳來的壓力值是否小于設(shè)定壓力值，若小于時(shí)，再啟動(dòng)2號機(jī)組，進(jìn)行調(diào)速，直至使壓力達(dá)到Pi=P值。然后繼續(xù)檢查頻率是否等于零，若等于零時(shí)，減少水泵機(jī)組1臺，然后檢查水位Hi是否大于或等于上限水位Hi，若大于或等于上限水位時(shí)，報(bào)警器報(bào)警，報(bào)警后重復(fù)運(yùn)行。水位如果小于設(shè)定水位值H2（最低水位）。也同樣報(bào)警檢測，如上、下位均不越限時(shí)，重新自診斷和循環(huán)運(yùn)行。周而復(fù)始進(jìn)行判斷、檢測、控制運(yùn)行。
三、變頻調(diào)速裝置運(yùn)行后的特點(diǎn)
應(yīng)用變頻調(diào)速裝置后，在操作方式上能夠自動(dòng)和手動(dòng)，自動(dòng)時(shí)通過采集到的Pi值由PLC與VVVF相互控制，可達(dá)到變量恒壓的效果。
該變頻調(diào)速裝置具有診斷能力和自保能力，可省去人工開關(guān)閘門費(fèi)工費(fèi)時(shí)的缺點(diǎn)，自動(dòng)運(yùn)行靈活調(diào)節(jié)十分方便，其特點(diǎn)如下：
1、技術(shù)性能高，工作安全可靠，保護(hù)功能完善，具有故障自動(dòng)診斷的功能，如欠壓、失速、過熱保護(hù)等。
2、頻率數(shù)字顯示，可直觀地實(shí)時(shí)顯示輸出變頻調(diào)速水泵運(yùn)行頻率.轉(zhuǎn)速等.參數(shù)。
3、具有軟啟動(dòng)和制動(dòng)功能，能夠自動(dòng)平穩(wěn)地加速和減速，減少對電網(wǎng)的沖擊，可省去一般電動(dòng)機(jī)與起動(dòng)裝置。
4、具有多種用途的外部接口端子，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的操作，并可實(shí)現(xiàn)壓力流量、速度等閉環(huán)控制和計(jì)算控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水廠完善的自動(dòng)化管理。
5、一臺變頻器帶多臺水泵，具有調(diào)節(jié)方便、性能等特點(diǎn)。
四、經(jīng)濟(jì)效益分析
變頻調(diào)速水泵投入運(yùn)行后，其運(yùn)行方式由一臺變頻器帶多臺水泵運(yùn)行，方案本身大大減少了資金投入，在實(shí)際運(yùn)行過程中，進(jìn)行了自動(dòng)與手動(dòng)（變頻調(diào)速與恒速）對比測試，由測試結(jié)果可知，在保持出廠壓力0.3Mpa時(shí)，年節(jié)電453585.5KWH。年節(jié)約電費(fèi)13.6萬元，兩年即可回收全部費(fèi)用。取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
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