變頻調速供水設備

變頻調速給水設備是在利用壓力或流量感測器反饋恆定的情況下，由變頻器控制電機不斷改變水泵轉速，從而不斷改變水泵的流量來適套用戶用水量需求的裝置。

基本介紹

• 中文名：變頻調速供水設備
•  溫度：5～40℃
• 相對濕度：溫度20℃時，不大於90%
• 海拔高度：不應超過1000m

設備概述：

變頻調速供水設備在運行時通過變頻調速器控制水泵電機的速度，通過速度的變化保持水壓恆定，當管網實際水壓低於設定水壓時，變頻調速器會按順序循環軟啟動相應台數的水泵來滿足水壓恆定，當管網實際水壓高於設定水壓時，變頻調速器按相反順序切掉相應的水泵電機。

設備定義

採用較多的有可控矽串級調速，液力耦合調速、電磁調速和變頻調速等技術。三、變頻調速供水設備的組成

1）、主工作泵：常用單級或多級臥式或立式清水離心泵。

2）、小泵和小氣壓罐：在小流量甚至零流量持續時間較長，為更節電時設定。

3）、變頻控制櫃：變頻控制櫃是變頻調速給水設備的核心部分，一般由供貨廠家按水泵功率配套供應。

4）、附屬檔案：主要包括連線管道，以及閥門、止回閥、安全閥（有小氣壓罐時）、壓力表、壓力繼電器和底座等。一般組裝式設備由廠家組裝好供貨。

工作原理

變頻調速供水設備的變頻調速供水設備投入使用，自來水管網的水進入穩流流罐，罐內空氣從真空消除器排出，待水充滿後，真空消除器自動關閉。當自來水管網壓力能夠滿足用水要求時，系統由旁通止回閥向用水管網直接供水；當自來水管網壓力不能滿足用水要求時，系統壓力信號由遠傳壓力表反饋給變頻控制器，水泵運行，並根據用水量的大小自動調節轉速恆壓供水，若運轉水泵達到工頻轉速時，則啟動另一台水泵變頻運轉。

水泵供水時，若自來水管網的水量大於水泵流量，系統保持正常供水：用水高峰時，若自來水管網水量小於小泵流量量，穩流罐內的水作為補充水源仍然能正常供水，此時，空氣由真空消除器進入穩流罐，罐內真空遭到破壞，確保了自來水管網不產生負壓，用水高峰過後，系統又恢復到正常供水狀態。當自來水管網停水，造成穩流罐液位不斷下降，液位探測器將信號反饋給變頻控制器，水泵自動停機，以保護水泵機組。夜間小流量供水且自來水管網壓力不能滿足要求時，氣壓罐可以貯存並釋放能量，避免了水泵頻繁啟動。

設備分類

1）、按供水方式分：

（1）恆壓變數供水系統：水泵的出口壓力始終保持一個恆定值，設備的供水量可隨用戶用水量的需求而變化。

（2）變壓變數供水系統：系統的控制壓力檢測點設在用戶給水系統的末端，用此測定壓力來控制水泵運行的轉速，此時水泵的出口壓力是變化的，用戶的用水量也是變化的。

2）、按控制方式分：

（1）微機控制型：控制核心由單片機組成。

（2）PC控制型：控制核心由可程式序控制器組成。

3）、按水泵台數分：

（1）單台式：控制一台水泵調速運行，另一台泵備用，兩台交替使用。

（2）多台並聯式：控制一台水泵變頻調速運行，多台工頻運行。

還可按結構形式和系統用途等方面分類。

設備技術條件

1）、電源可靠，應為雙電源或雙迴路供電方式。具有電源適應性，設備輸入電壓波動和控制器輸入電壓波動不超過額定電壓±10%時，應能正常工作。

2)、設備應具有自動調節水泵轉速和軟啟動的功能。定壓給水時，設定壓力與實際壓力差不得超過0.01MPa；變壓給水時，給水系統工作壓力應按管道工作特性曲線改變。

3)、設備應具有水池水位“報警”及水泵控制功能，超過最高水位時“報警”，降至最低水位時“報警”及停機，恢復到啟泵水位時，自動啟動。

4)、設備應有觀察設定壓力和實際壓力顯示、水泵供電頻率顯示以及觀察故障顯示的視窗。

5)、設備應有對各類故障進行自檢、報警，對可恢復的故障應能自動或手動消警，恢復正常運行。

6)、設備應有過載、短路、過壓、缺相、欠壓、過熱等的保護功能。

7)、設備的環境要求：

(1) 溫度：5～40℃。

(2) 相對濕度：溫度20℃時，不大於90%。

(3) 海拔高度：不應超過1000m。

(4) 設備安裝的地點，應無導電或爆炸性塵埃，無腐蝕金屬或破壞絕緣的氣體或蒸汽。

破壞絕緣的氣體或蒸汽。

8)、電控櫃的設定要求：

(1) 櫃底應高出地面0.1m。

(2) 櫃頂距屋頂（板頂）的距離不小於1.0m。

(3) 櫃後壁距牆面應有0.8m 的通道。

9)、管路系統應在最低處設泄水裝置。

10）、要選用符合行業標準的產品，選擇整機經過鑑定（評估）型式檢驗的產品。

設備執行標準

1）、產品標準

《微機控制變頻調速給水設備》JG/T 3009-93

《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》 GB/T 17219–1998

《液體泵 帶頻率轉換器的泵設備 保證和兼容性試驗 》EN12483-1999

2）、工程標準

《建築給水排水及採暖工程施工質量驗收規範》GB 50242-2002

《建築給水排水設計規範》 GB 50015-2003

變頻調速供水設備

主要性能：

6台主泵（或3台）+1台附屬小泵：均可設定成變頻或工頻工作方式； 數字模糊控制：壓力採用數字模糊控制，智慧型調節，系統回響快，精度高，穩定性好，PID參數調試； 循環軟啟動：採用自補償技術，系統電氣機械衝擊小，同時切換時的壓力波動小； 定時開關機控制：實時時鐘（每月誤差不超1分），資料可掉電保持，設定多達六段，每天開關機時間進行定時控制； 定時換泵功能：對多泵系統使各泵平均工作時間相同； 流量補償功能：實現變壓變數控制，補償方式可選內部補償和外接流量計，補償量可調； 定量泵、變數泵自動巡檢功能； 手動調試功能； 第二壓力（消防壓力）水位信號接口； 故障自診斷功能； 數字面板操作：面板可顯示壓力、頻率、時間、各泵的工作狀態等。

變頻調速器的優點：

節能效果明顯，可達25%以上； 降低維修費用； 提高供水品質； 實現無人值班，減輕工人勞動強度。

特點及分析

用戶用水的多少是經常變動的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。變頻供水方式可保持供水壓力的恆定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質量。

恆壓供水系統對於某些工業或特殊用戶是非常重要的。例如在某些生產過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響產品質量，嚴重時使產品報廢和設備損壞。又如發生火災時，若供水壓力不足或或無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大經濟損失和人員傷亡。所以，某些用水區採用恆壓供水系統，具有較大的經濟和社會意義。

隨著電力技術的發展，變頻調速技術的日臻完善，以變頻調速為核心的智慧型供水控制系統取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設備，起動平穩，起動電流可限制在額定電流以內，從而避免了起動時對電網的衝擊；由於泵的平均轉速降低了，從而可延長泵和閥門等東西的使用壽命；可以消除起動和停機時的水錘效應。其穩定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實現節水、節電、節省人力，最終達到高效率的運行目的。

恆壓供水的變頻套用方式

通常在同一路供水系統中，設定多台常用泵，供水量大時多台泵全開，供水量小時開一台或兩台。在採用變頻調速進行恆壓供水時，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一台變頻器；其二是每台水泵配用一台變頻器。後種方法根據壓力反饋信號，通過PID運算自動調整變頻器輸出頻率，改變電動機轉速，最終達到管網恆壓的目的，就一個閉環迴路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比後種差，但控制程式較複雜，是未來的發展方向，我公司的恆壓供水控制系統就可實現一變頻器控制任意數馬達的功能。下面講到的原理都是一變頻器拖動多馬達的系統。

PID控制原理

根據反饋原理：要想維持一個物理量不變或基本不變，就應該引這個物理量與恆值比較，形成閉環系統。我們要想保持水壓的恆定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環系統。但被控制的系統特點是非線性、大慣性的系統，現在控制和PID相結合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快回響速度；在壓力範圍較小時採用PID來保持靜態精度。這通過PLC加智慧型儀表可時現該算法，同時對PLC的編程來時現泵的工頻與變頻之間的切換。實踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價也不高。

要想維持供水網的壓力不變，根據反饋定理在管網系統的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由於供水系統管道長、管徑大，管網的充壓都較慢，故系統是一個大滯後系統，不易直接採用PID調節器進行控制，而採用PLC參與控制的方式來實現對控制系統調節作用。

變頻控制原理

用變頻調速來實現恆壓供水，與用調節閥門來實現恆壓供水相比，節能效果十分顯著（可根據具體情況計算出來）。其優點是：

起動平衡，起動電流可限制在額定電流以內，從而避免了起動時對電網的衝擊； 由於泵的平均轉速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命； 可以消除起動和停機時的水錘效應；

一般地說，當由一台變頻器控制一台電動機時，只需使變頻器的配用電動機容量與實際電動機容量相符即可。當一台變頻器同時控制兩台電動機時，原則上變頻器的配用電動機容量應等於兩台電動機的容量之和。但如在高峰負載時的用水量比兩台水泵全速供水量相差很多時，可考慮適當減小變頻器的容量，但應注意留有足夠的容量。

雖然水泵在低速運行時，電動機的工作電流較小。但是，當用戶的用水量變化頻繁時，電動機將處於頻繁的升、降速狀態，而升、降速的電流可略超過電動機的額定電流，導致電動機過熱。因此，電動機的熱保護是必需的。對於這種由於頻繁地升、降速而積累起來的溫升，變頻器內的電子熱保護功能是難以起到保護作用的，所以應採用熱繼電器來進行電動機的熱保護。

在主要功能預置方面，最高頻率應以電動機的額定頻率為變頻器的最高工作頻率。升、降速時間在採用PID調節器的情況下，升、降速時間應儘量設定得短一些，以免影響由PID調節器決定的動態回響過程。如變頻器本身具有PID調節功能時，只要在預置時設定PID功能有效，則所設定的升速和降速時間將自動失效。

恆壓供水系統特點

節電：最佳化的節能控制軟體，使水泵實現最大限度地節能運行； 節水：根據實際用水情況設定管網壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現象； 運行可靠：由變頻器實現泵的軟起動，使水泵實現由工頻到變頻的無衝擊切換，防止管網衝擊、避免管網壓力超限，管道破裂。 聯網功能：採用全中文工控組態軟體，實時監控各個站點，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網壓力及流量等。並且能夠累積每個站點的用電量，累積每台泵的出水量，同時提供各種形式的列印報表，以便分析統計。 控制靈活：分段供水，定時供水，手動選擇工作方式。 自我保護功能完善：如某台泵出現故障，主動向上位機發出報警信息，同時啟動備用泵，以維持供水平衡。萬一自控系統出現故障，用戶可以直接操作手動系統，以保護供水。

六、系統套用範圍

自來水廠、加壓泵房 居民生活區、賓館及其它建築 企業生產用水 鍋爐循環水系統 農田灌溉系統