摘 要：水廠擔(dān)任了地區(qū)的重要供水任務(wù)，目前日設(shè)計(jì)供水量為4O萬噸。擁有原一期泵房、二期泵房及此次技術(shù)改造中新建的三期泵房。新泵房建成后，將逐步淘汰一期泵房的小功率水泵設(shè)備。進(jìn)行設(shè)備變頻改造的是原二期泵房的9#泵及新泵房的15#水泵，兩臺(tái)水泵電機(jī)的功率均為560KW，用兩臺(tái)6KV／560KW變頻器分別進(jìn)行控制。采用變頻器對水泵進(jìn)行控制的目的：減輕水泵啟停及水量調(diào)節(jié)時(shí)對管網(wǎng)造成的沖擊；保持水泵出口閥門最大，通過改變變頻器的輸出頻率（電機(jī)速度）調(diào)節(jié)供水量，以節(jié)約原來通過改變閥門開度調(diào)劑供水量時(shí)浪費(fèi)在閥門上的能源；通過變頻器實(shí)現(xiàn)水壓閉環(huán)控制，保持管網(wǎng)水壓的恒定。
關(guān)鍵詞：變頻器；恒壓；供水
變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。
1 恒壓供水原理
通過管網(wǎng)中壓力傳感器將信號(hào)送入變頻控制裝置中，恒壓控制器（由PLC和軟件組成），恒壓控制器將信號(hào)送人變頻控制器，當(dāng)管網(wǎng)中壓力增大時(shí)，恒壓控制器輸出的值增大，即變頻器輸入端值增大，使得速度電壓下降，同時(shí)控制電機(jī)速度下降，水泵軸功率減小，水泵的流量減少，當(dāng)?shù)竭_(dá)所需恒定壓力值時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)管網(wǎng)中壓力減小時(shí)，這時(shí)恒壓控制器中的輸出值減小，即變頻器輸入端值減小，從而使得變頻器速度電壓下降，直到動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)夜晚不用水時(shí)，由于管網(wǎng)壓力已達(dá)恒定，此時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)，水泵停止工作。因?yàn)镹=KHQ，Q=0時(shí)，N=0。系統(tǒng)處于等待狀態(tài)。當(dāng)白天用水量增大，或日、夜有用水量變化時(shí)，Q跟隨變化，N也跟隨變化，因而造成壓力也跟隨變化，從而達(dá)到恒壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)水的流量。
2 變頻、軟啟設(shè)備的選型
采用變頻設(shè)備的目的不外乎兩個(gè)，其一是為了節(jié)能降耗，其二是為了工藝的需要或優(yōu)化。經(jīng)過各種性能指標(biāo)的綜合比較以及方便今后的維護(hù)、保養(yǎng)，水廠采用了ABB公司的ACS800變頻器、PSTIM70／570軟啟動(dòng)器及主要元器件（斷路器、接觸器等）。PSTB470／570軟啟動(dòng)器性能穩(wěn)定可靠，操作直觀，能自行實(shí)現(xiàn)對水泵的軟啟軟停，既能實(shí)現(xiàn)水泵的無機(jī)械應(yīng)力啟動(dòng)及有效防止停泵時(shí)水錘對水泵的危害，并具有各種保護(hù)過載、短路等功能。
ACS800變頻器不但節(jié)能效果好，而且具有調(diào)速平滑、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。它能準(zhǔn)確地判斷電機(jī)負(fù)載的變化，使輸出頻率、電流與電壓關(guān)系達(dá)到優(yōu)化；同時(shí)，在控制電路中運(yùn)用微處理器的高度智能性，結(jié)合軟件設(shè)計(jì)使變頻控制更加靈活方便；具有豐富的信號(hào)采集處理與輸出能力，全面的保護(hù)功能與故障處理能力。ACS800交流變頻器不僅只是一臺(tái)變頻設(shè)備，還相當(dāng)一臺(tái)高性能且使用方便的智能控制設(shè)備。根據(jù)水廠操作及維護(hù)人員的意見，反映電動(dòng)閥門在手動(dòng)控制其開啟或關(guān)閉的過程中，由于機(jī)械或電氣原因，常會(huì)出現(xiàn)打開過度或關(guān)閉過度的情形，稱閥門過力矩。一旦閥門過力矩，要求變頻器能提供報(bào)警。應(yīng)用戶要求，變頻器配置了該功能。電機(jī)溫度自動(dòng)控制變頻器對電機(jī)溫度進(jìn)行檢測，并在變頻器主界面上提供電機(jī)溫度值顯示。在變頻器的模擬輸人通道參數(shù)設(shè)定中，用戶可以設(shè)定電機(jī)超溫報(bào)警、過熱跳閘保護(hù)、電機(jī)冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、電機(jī)冷風(fēng)機(jī)關(guān)閉四個(gè)溫度值，實(shí)現(xiàn)變頻器對電機(jī)的溫度監(jiān)測和自動(dòng)保護(hù)功能。
3 配置工頻旁路三：恒壓供水的實(shí)現(xiàn)方式
3．1 壓力控制點(diǎn)的選擇 恒壓供水系統(tǒng)按壓力控制點(diǎn)位置不同，如圖所示可分兩類：一是將控制點(diǎn)設(shè)在最不利處，直接按最不利點(diǎn)水壓進(jìn)行1=況調(diào)節(jié)；二是將控制點(diǎn)設(shè)于泵站出口，按該點(diǎn)的水壓進(jìn)行工況調(diào)節(jié)，間接的保證最不利點(diǎn)的水壓穩(wěn)定。壓力控制點(diǎn)設(shè)在水泵出口，按此壓力設(shè)定值變頻調(diào)節(jié)水泵工況是常用方式。這種設(shè)置管理方便，但其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性能不十分理想。對用戶而言水壓波動(dòng)范圍大，并在一定程度上導(dǎo)致了靜揚(yáng)程的浪費(fèi)，影響了變頻系統(tǒng)先進(jìn)性能的充分發(fā)揮。將壓力控制點(diǎn)設(shè)在最不利處，可以保證用戶水壓的穩(wěn)定，無論供水管路等因素發(fā)生什么變化，最不利點(diǎn)的水壓是恒定的，但這種控壓方式又由于存在電纜過長、信號(hào)易干擾等問題而受到限制。根據(jù)多年的使用經(jīng)驗(yàn)，將壓力控制點(diǎn)設(shè)在了出廠口管網(wǎng)上，盡可能將壓力控制點(diǎn)靠近最不利點(diǎn)。這種方案對給水設(shè)備本身無顯著的影響與改變，又可盡可能的發(fā)揮出變頻調(diào)速供水的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。
3．2 控制過程 水廠在正常供水情況下只運(yùn)行串聯(lián)加壓泵組，以充分利用進(jìn)水管網(wǎng)中的水頭，只有在供水量不能滿足使用要求時(shí)才再開啟另一清水池加壓泵組。變頻泵擁有優(yōu)先使用權(quán)，在開機(jī)時(shí)，首先啟動(dòng)串聯(lián)加壓泵組1號(hào)變頻泵，如不能滿足供水要求，再由軟啟動(dòng)器啟動(dòng)2號(hào)工頻泵或四、變頻器應(yīng)用效果從變頻器投入運(yùn)行4個(gè)多月的運(yùn)行效果看，完全達(dá)到了用戶進(jìn)行水泵變頻改造的目的，較改造前其優(yōu)越性體現(xiàn)于。① 操作簡便，易于觀察。變頻器運(yùn)行時(shí)的所有數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)在值班室內(nèi)上位機(jī)的顯示屏都可直觀的了解：如運(yùn)行頻率，泵口及管網(wǎng)水壓，變頻器輸入、輸出側(cè)的電壓、電流，開環(huán)或閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài)等；只需掌握了計(jì)算機(jī)的最基本的操作即可完成水壓或頻率的給定，加減速，啟泵與停泵的操作等。即使操作失誤，相應(yīng)的保護(hù)功能也很完善。比如正常操作中不慎點(diǎn)擊了停機(jī)鍵，在運(yùn)行頻率緩慢下降過程中，仍可通過點(diǎn)擊啟動(dòng)鍵重新恢復(fù)正常狀態(tài)。② 啟泵與停泵完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，用戶在參數(shù)設(shè)定頁設(shè)定了允許開閥的最小水壓（0．48MP），在啟動(dòng)水泵升速過程中，水泵出1：3水壓逐漸增高，當(dāng)大于設(shè)定的“允許開閥最小水壓”時(shí)，閥門開始打開，直至開全。在停泵時(shí)，閥門同步關(guān)閉，閥門關(guān)嚴(yán)后自動(dòng)開始減速停機(jī)。變頻器故障停機(jī)時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)出關(guān)閉閥門指令。如果開泵時(shí)，閥門因各種原兇未能開全，將提示“閥門沒有開全”，停泵時(shí)，如閥門未關(guān)嚴(yán)，將提示“閥門沒有關(guān)嚴(yán)”。在對閥門進(jìn)行檢修時(shí)，可通過設(shè)定將閥門聯(lián)鎖功能取消。這樣在開泵和停泵過程中，值班人員無需再對閥門執(zhí)行任何操作，不僅減少了操作的失誤，由于變頻器平穩(wěn)的啟動(dòng)與停機(jī)過程，也不會(huì)造成對管網(wǎng)的沖擊。
水廠恒壓供水系統(tǒng)憑借自身技術(shù)力量和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)成功開發(fā)的，它不但為企業(yè)帶來了高效益、高自動(dòng)化，也為交流變頻設(shè)備在供水行業(yè)中的應(yīng)用方式做了有益的探索。新型供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。隨著供水行業(yè)應(yīng)用者水平的不斷提高，供水工藝的不斷革新，必將有越來越多的新技術(shù)、新方案得到開發(fā)、使用。
