变频调速泵在二次加压系统和消防系统中应用探讨

      随着科学技术的迅猛发展，电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的不断进步，又因为变频器所具有的高效率性能和良好的控制特性，目前在交流电动机的速度控制中较多采用。使用变频器一个突出的优点就是节省能源，而且通过发挥其理想的控制特性，二次加压系统使用性能可以大幅提高。但在智能建筑中，生活给水和消防给水各有其特点，在节能和可靠性方面要作具体分析，从而选择更合理控制方式。

1、二次加压系统变频调速的基本原理

      由离心泵原理，在相似情况下水泵的流量、扬程和功率分别与其转速的一次方、二次方和三次方成正比。对于用水经常变化的场合，二次加压系统采用变频调速泵供水，可以显著降低节流损耗，具有明显的节能效果。按用途建筑给水分为生活(生产)给水和消防给水二大类。在生活二次加压系统中采用变频泵调速控制，具有节能，供水压力可调等突出优点，在国内外获得了愈来愈广泛的应用。在消防给水中对稳压泵以及在消防泵巡检时最好采用变频控制，但在消防泵灭火控制中应采用直接启动或降压启动控制方式。

三相交流电动机的转速与频率、极数及转差率之间的关系如下：

n=60f(1—s)／p其中:

n——每分钟的转速；

f——交流电的频率；

s——转差率；

p——磁极对数。

      在三相电动机中对转速的调节有多种方法，如通过调整交流电的频率、电动机的极数以及转差率来实现。以往人们通过对电机的极数变化来调整电机的转速，很少采用频率调节，但随着电力电子技术、微电子技术的发展，变频控制技术的不断成熟，人们发现通过调整电源的频率调速要比通过调整电机的极数与转差率调速方便得多，效果也好得多。所以现在，一般我们对三相交流电动机进行转速调整都通过调节三相交流电的频率来实现，其应用范围越来越广。以下是其在智能建筑中的一些应用。

2、变频器在恒压自动二次加压系统中的应用

      在智能建筑日益增多的今天，供水问题成为业主比较关心的问题，所以变频恒压自动二次加压系统便提上了日程。以前在一般建筑的建设中往往需要建设一个二次加压系统水泵房并采用变频器实现恒压自动供水。一般情况下，为保证建筑的供水正常，在设计时往往设计成“一用两备”三台水泵。由一台变频器(附加PID调节器、单片机、PLC等器件构成控制系统)拖动三台水泵循环运转。与空调水泵控制不同，二次加压系统自动控制系统通过压力传感器采集管网中的压力并将其转换成模拟信号进行变频控制。这样变频恒压二次加压系统直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置，为局部加压供水开辟了新的途径。另外由于水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省40％。与可编程控制器结合使用，可实现循环变频，电机软启动，具有欠压保护、过压保护、短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了设备的使用寿命。下面以辽宁省某市宝典大厦供水系统为例介绍其原理。

      大厦二次加压系统恒压供水采用三台水泵,其中1#泵为主泵，2#、3#泵为备用泵。首先，1#泵由变频器供电工作，水泵电机转速随着调节器输出给变频器控制信号的变化而改变，以保持管网压力的稳定。用水量大时，变频器输出频率升高；用水量小时，频率降低。当频率上升到50Hz(即水泵全速运转时)仍不能满足供水需要时，则PLC自动将1#泵切换到工频运行，1#泵由电网供电全速运行，2#泵由变频器供电投入运行，如果2#泵电机达到满转速时仍不能满足供水要求，则PLC自动将2#泵切换到工频运行，3#泵由变频器供电投入运行，依此规律逐个投入运行；当1#—2#泵都处于工频全速运行方式，3#处于变频运行工作方式时，如果此时用水量减小，变频器输出频率下降，当频率到达一定的下限时，供水量仍大于用水量，则系统自动将3#泵停止运行。同样，3#泵停机后，如果此时供水量还大于用水量，则系统自动将2#泵停止运行，依此类推。如果此时用水量又大于供水量，则系统自动将2#泵由变频器供电运行……，所有水泵电机从停止到满载工作及从满载工作到停止都由变频器来控制，实现带载软启动，避免了启动冲击电流和启动给水泵电机带来机械冲击，保证了管网压力稳定，满足了大厦的正常供水。

3、变频器在消防泵巡检柜中的应用

      在消防给水系统中，平时消防管网由增压、稳压泵稳压，使之保持在高压(消防水压)的准备消防状态。当发生火灾，启动主消防泵立即可以提供规定压力和流量的消防用水。按我国消防规范，水消防的延续时间，最长按3小时考虑，因此主消防泵的节能问题可不予考虑，因而也无必要采用变频调速以节约电能。众所周知，发生火灾是百年、千年一遇的事件，在一般情况下是不会发生的，变频器是一种电子器件，如果采用变频器控制主消防泵变频调速，消防泵变频器长期备而不用，在发生火灾使用时反而容易发生故障，降低了消防设备的可靠性。另一个重要问题是消防备用泵的自动投入控制问题。此外，变频控制系统的电气较复杂，会降低可靠性，增加造价。消防泵的功率一般较大，其控制用变频器的价格也相应提高。综上所述，对于消防泵而言，从节能、可靠性和造价几点考虑，无必要采用变频调速技术。如果消防泵采用变频调速控制，由于消防泵(消防泵、喷淋泵)长期不投入使用，容易发生泵生锈堵转等现象，故应对消防泵定期进行低频运转，以免有消防需要时，消防水泵不能正常起动，贻误火灾的扑救。所以现在我们一般对消防泵进行自动巡检，即通过消防泵控制柜内的巡检电路让消防泵每隔一段时间进行一次自启动，巡检时采用变频控制，以利保养及节能。但在正常火灾情况下，消防泵、喷淋泵一般通过直接启动、星三角或自藕降压方式启动，以满足消防要求，且消防状态时所有的非消防电源均已切断，故一般情况下不采用变频器启动方式。

      按我国消防规范，消防泵应设有备用泵，备用泵应不小于任一台主消防泵。由多泵并联恒压供水理论，多泵并联恒压供水，变频调速泵必须是其中最大的一台泵，其余并联泵自动投入或超出是由变频控制器按用水流量变化自动控制的。如果变频泵故障可能会导致变频器跳闸，使全部消防泵停泵。从这一点考虑，消防泵采用变频调速会降低消防供水的可靠性，不宜在水消防系统中应用。

4、结论

      通过以上分析，我们知道变频器在智能建筑中的应用非常广泛，也非常有效。这也是笔者在实际工作过程中使用变频器在智能建筑电气自动控制系统中实现节能或控制的具体体会。变频器在智能建筑中的应用还远远不止这些，其它系统如空调、通风、电梯等都有广泛的应用。可以相信，它的应用将随着电子技术的发展与变频器的不断更新会越来越广泛，将会给国家和个人带来巨大的社会效益和经济效益。