变频给水加压设备在小区供水中的运行特征和经济效益

1、变频给水加压设备概述

    变频给水加压设备控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成  控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。变频给水加压设备系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。

    随着电力电子技术的发展，电力电子器件的理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量、耐压、特性和类型等方面得到了很大的发展。进入90年代电力电子器件向着大容量、高频率、响应快、低损耗的方向发展。作为应用现代电力电子器件与微计算机技术有机结合的交流变频调速装置，随着产品的开发创新和推广应用，使得交流异步电动机调速领域发生一场巨大的技术革命。目前自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术，而系统的控制装置采用PLC控制器，因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，并可完成系统的数字PID调节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控，并完成系统运行工况的CRT画面显示、故障报警及打印报表等功能。自动恒压供水系统具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。

2、变频给水加压设备控制方案

    在住宅小区水厂的管网系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量是由用户用水量决定的，泵站供水的压力以满足管网中压力不利点的压力损失ΔP和流量Q之间存在着如下关系：

    ΔP=KQ2；

    式中K一为系数

    设PL为压力不利点所需的压力下限，则泵站出口总管压力P应按下式关系供水，则可满足用户用水的要求压力值，又有较好的节能效果。

    P=PL+ΔP=PL+KQ2

     因此变频给水加压设备的设定压力应该根据流量的变化而不断修正设定值，这种恒压供水技术称为变量恒压供水，即供水系统不利点的供水压力为恒值而泵站出口总管压力连续可调。

      典型的自动变频给水加压设备系统的结构框图如图所示；系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通过安装在出水总管上的压力传感器、流量传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为电信号，输入至可编程控制器(PLC)的输入模块，信号经CPU运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出设备的运行工况参数，由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工况，并实现对每台水泵根据CPU指令实施软启动、软切换及变频运行。系统可根据用户用水量的变化，自动确定泵组的水泵的循环运行，以提高系统的稳定性及供水的质量。

3、变频给水加压设备运行特征

      以三台水泵的变频给水加压设备系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控制器控制变频器软启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，其转速逐渐升高，当供水量Q<1/3Qmax时(Qmax为三台水泵全部工频运行时的额定流量)，可编程控制器CPU根据供水量的变化自动调节1#泵的运行转速，以保证所需的供水压力。当用水量Q在1／3Qmax

      当外供水量减少至1/3Qmax

4、变频给水加压设备系统经济效益分析及系统优点

    4．1经济效益分析

  变量泵的功率N1、供水量Q1与泵转速n1三者的关系如下式：   

    N1／Q1=(n1／n)3

   Q1／Q= n1／n

    式中Q一额定流量，Q1

    N一额定流量Q时的轴功率

    n一水泵的额定转速

 因额定流量Q=100％时，n=100％，N=100％，若n1=90％n时Q1=90％Q，N1=72.9％N，即可节电27.1％。若n1=80％n时Q1=80％Q，N1=51.2％N，即可节电48.8％。

    4．2变频给水加压设备系统优点

    (1)变频给水加压设备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时，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)因实现恒压自动控制，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。

    (4)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。

    (5)由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。由于其节电效果明显，所以系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大。

＊生活变频给水加压设备简介

　　 一般规定城市管网的水压只保证6层以下楼房的用水，其余上部各层均须提升水压才能满足用水要求。传统的方法是水塔、高位水箱或气压罐式增压设备，其设备一次投资费用高，并且要由水泵高于实际用水高度的压力来提升水量，其结果往往增大了水泵的轴功率和能量损耗，在使用这些传统的供水方式，还容易造成水的二次污染。

      该生活变频给水加压设备是我公司根据工业生产、生活、农业节水灌溉工程等用水的规律研制开发的高新技术产品。它集变频调速技术、PLC技术、PID控制技术，压力传感技术等为一体，可组成完整的闭环自动控制系统。生活变频给水加压设备通过安装在供水管网上的高灵敏度压力传感器来检测供水管网在用水量变化时的压力变化，不断的向智能传输变化的信号，经智能判断运算并与设定的压力比较后，向控制器发出改变频率的指令，控制器通过改变频率来改变水泵电机的转速和启用台数，自动调节峰谷用水量，保证供水管网压力恒定，以 满足用户用水的需要。

＊生活变频给水加压设备原理：

直接供水型 就是直接利用市政管网的压力。

      生活变频给水加压设备直接供水。一般适用于市政管网压力稍高的地区或水厂附近压力较高的范围内。缺点就是水量、水压不能保证。但是全自动生活变频给水加压设备原理对于规模较小的管网这种供水方案的经济性能很好。不需要任何其他设备或措施。

       生活变频给水加压设备水箱供水：将市政管网的水引至屋顶水箱。然后靠水箱与用水器具的高差。重力供水。克服了水压水量的不稳定性。但是。由于水箱可能存在的二次污染。而且。水箱体积较大。因此这种方式不提倡，水箱、管网联合型 平时水量水压足够时。直接由市政网供水。超压时。多余水进入屋顶水箱。当压力或水量不足时。水箱靠重力自动向用户供水。物理结构上就是正常的直接供水的主干管伸顶接入水箱。并由水箱设一出水管。该方案减小了水箱的体积。并使水不需要都进入水箱停留这一步骤。

＊生活变频给水加压设备主要特点:

   ■　采用微机控制、压力分级控制及手动控制等三种不同控制方式，确保设备的可靠性。

   ■　能够实现电机软启动，大大减少启动负荷和压力波动，实现恒压供水，节能效果显著。

   ■　采用高可靠性管路附件及电器无触点控制方式，大大提高了设备使用寿命。

   ■　系统配备小型缓冲压力调节罐，大大减轻管网的水锤现象。还配备小流量定压泵，起小流量范围内的供水及保证消防系统常备压的作用。

   ■　设有断相、过压、过流、过载、失速及无水等各种保护功能及故障显示和报警装置。

   ■　设备占地面积和高度较小，灵活机动，安装调试方便，省工省时，节省投资。

＊生活变频给水加压设备的主要构件

      （控制柜）控制系统性能优越、功能齐全、可靠性高：变频控制系统的主要电器元器件配件都是进口品牌产品，我们产品的基本配置是：1、可编程控制器(PLC)采用德国西门子产品。2、接触器、热保护是德国西门子或者是法国施耐德产品，接触器的容量比配用电机容量提高两个档次，例如7.5KW电机额定电流 15安，我们配用32A的接触器，保证控制系统长期稳定运行。3、变频器选用日本三垦品牌产品或者是瑞士ABB品牌变频器。4、中间继电器选用法国施耐德产品。5、其余辅助元器件均是国内知名品牌产品-空气开关为正泰集团产品

＊生活变频给水加压设备特点：

      保证管网压力，调节峰值用水，水箱入口处采用了智能化的电磁阀来控制进水压力及水位。当管网压力下降加压泵从水箱取水时，可通过智能控制，当水箱水位低于低液位时，再打开电磁阀从管网中放水，此时保证取水口有压力，此措施一可以避开高峰用水，起调峰作用；二是避免了普通水箱的没有压力泄水，对管网压力是一个很好的保护作用。

运行可靠性：

      当用水高峰时，或自来水停水时，由水箱供水，大大提高用户用水的可靠性，符合自来水供水规范。

控制系统先进。建立远程监控系统，随时监控设备运转情况。

      该系统采用了一款新型的中赢供水专用供水控制器和相应配套的一体化文本显示器（HMI）外加GSM通信模块组成的无线监控文本显示。该系统使原来控制系统全面开放升级，从原来的独立单元升级成具有通讯功能的控制系统，文本显示器与PLC集成一体化，PLC与GSM通信模块能过RS232通信口连接，实现系统的通讯化，由于GSM通信模块与现行移动通信网络接轨，使客户即使远离控制现场，只要他身处无线移动通信网络信号覆盖的地方，就可时时了解系统信息，利用手机发送命令修改系统功能参数，甚至控制系统运行，真正意义实现了简洁便利的系统远程监控。

环保无二次污染。

      此成套设备中水箱、水泵、管路及阀门等涉水材料均采用食品级不锈钢材料，密封供水，不会产生二次污染，卫生环保。

节能。

      当自来水压力能满足用户用水要求，增压泵通过变频控制处于休眠状态；当非高峰用水时，自来水压力又达不到用户用水压力，水泵可以在自来水水压（0.2—0.5MPa）的基础上叠加增压，差多少，补多少，充分利用余压，节约电能。节能效果显着。

生活变频给水加压设备亦用于改造原有老式泵房设备，改造后同样可以达到环保节能、自动恒压供水的目的。