中贏小區變頻恒壓供水系統的節能理論和控制優點

一、 小區變頻恒壓(ya)供水系統概述

      交流電機變(bian)頻調速技術(shu)是一(yi)項(xiang)業已廣泛應(ying)用的節能技術(shu)。由于電子技術(shu)的飛(fei)速發展，變(bian)頻器的性(xing)能有很大提高(gao)，它可以(yi)實(shi)現控制設備軟(ruan)啟軟(ruan)停，不僅可以(yi)降低設備故(gu)障率，還可以(yi)大幅減(jian)少電耗，確(que)保系統 穩定、長(chang)周期運行。

      長期以來區域(yu)的供(gong)水(shui)系統都是由市政(zheng)管網經過二(er)次加壓和(he)水(shui)塔或天面水(shui)池來滿足(zu)用戶對供(gong)水(shui)壓力的要求。在小區變頻恒壓供(gong)水系統中加壓泵通常是用(yong) 不利用(yong)水(shui)(shui)點的(de)(de)(de)水(shui)(shui)壓要(yao)求來確定(ding)相應(ying)的(de)(de)(de)揚程設計，然后泵組(zu)根據流量(liang)變(bian)化情況來選配，并(bing)確定(ding)水(shui)(shui)泵的(de)(de)(de)運(yun)(yun)行(xing)方(fang)式(shi)。由(you)于小區用(yong)水(shui)(shui)有著季(ji)節(jie)和(he)(he)時段的(de)(de)(de)明顯變(bian)化，日常供水(shui)(shui)運(yun)(yun)行(xing)控制就常采(cai)用(yong)水(shui)(shui)泵的(de)(de)(de)運(yun)(yun)行(xing)方(fang)式(shi)調(diao)整(zheng)加上(shang)出(chu)口閥開度調(diao)節(jie)供水(shui)(shui)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)量(liang)水(shui)(shui)壓，大量(liang)能量(liang)因(yin)消耗(hao)在(zai)出(chu)口閥而浪(lang)費，而且(qie)存在(zai)著水(shui)(shui)池“二次(ci)污(wu)染”的(de)(de)(de)問題。變(bian)頻調(diao)速(su)技術在(zai)給水(shui)(shui)泵站上(shang)應(ying)用(yong)，成功地(di)解決了能耗(hao)和(he)(he)污(wu)染的(de)(de)(de)兩大難題。

二(er)、 小區變頻(pin)(pin)恒壓(ya)供水(shui)系統變頻(pin)(pin)節能理論

１、交流電機變(bian)頻調速原理(li)

交(jiao)(jiao)流(liu)電(dian)機(ji)轉速特性：n=60f（1-s）/p，其中n 為(wei)電(dian)機(ji)轉速，f為(wei)交(jiao)(jiao)流(liu)電(dian)頻率，s 為(wei)轉差(cha)率，p為(wei)極(ji)對數。

電機(ji)選定之后s 、p則(ze)為定值(zhi)，電機(ji)轉速n和交(jiao)流電頻(pin)(pin)率f 成正比，使用變頻(pin)(pin)器(qi)來改(gai)變交(jiao)流電頻(pin)(pin)率，即可實現對電機(ji)變頻(pin)(pin)無級調速。

２、根據(ju)離心泵的負載工(gong)作(zuo)原理可知：

流量與(yu)轉速(su)成正比：Ｑ∝Ｎ

轉矩與轉速的平方成正比：Ｔ∝Ｎ２

功率與轉速的三次方(fang)成正(zheng)比：Ｐ∝Ｎ３

而且變頻調(diao)速自身的能量損耗(hao)極低，在(zai)各種轉速下變頻器輸入功率幾(ji)乎(hu)等于電機軸功率，由此可知在(zai)使用變頻調(diao)速技術供(gong)水(shui)時，系(xi)(xi)統(tong)中流(liu)量變化與功率的關系(xi)(xi)：

Ｐ變＝Ｎ３Ｐ額(e)＝Ｑ３Ｐ額(e)

采用出口閥控(kong)制流(liu)量(liang)的方式，電機在工頻運行時(shi)，系統中流(liu)量(liang)變化與(yu)功(gong)率的關系：Ｐ閥＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ額

其中，Ｐ為功率

　　　Ｎ為轉速

　　　Ｑ為流量

例如(ru)設定(ding)當前流量為水泵額(e)(e)(e)定(ding)流量的６０％，則(ze)采用變(bian)頻調速時Ｐ變(bian)＝Ｑ３Ｐ額(e)(e)(e)＝０.２１６Ｐ額(e)(e)(e)，而采用閥門控制時Ｐ閥＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ額(e)(e)(e)＝０.７６Ｐ額(e)(e)(e)，節(jie)電(dian)＝（Ｐ閥-Ｐ變(bian)）／Ｐ閥＊１００％＝７１.６％。

流量% 100 90 80 70 60 50 

節電率% 0 22.5 41.8 61.5 71.6 82.1 

      由此可見從理論計算結果可以看到(dao)節能效果非常顯著，而且在實際運(yun)行(xing)中小區變頻(pin)恒(heng)壓(ya)供(gong)水(shui)技術比傳統的加壓(ya)供(gong)水(shui)系(xi)統還有自(zi)動控(kong)制恒(heng)壓(ya)、無二次污染等明顯優勢。

      而且新型的(de)(de)小(xiao)(xiao)(xiao)區變(bian)頻恒壓供(gong)水系(xi)統(tong)能自動地(di)控(kong)制一(yi)至多臺(tai)(tai)主(zhu)泵(beng)和一(yi)臺(tai)(tai)休(xiu)眠(mian)泵(beng)的(de)(de)運(yun)行(xing)。在管網(wang)用水量(liang)減少到單臺(tai)(tai)主(zhu)泵(beng)流(liu)量(liang)的(de)(de)約1/6-1/8時，系(xi)統(tong)自動停(ting)止主(zhu)泵(beng)，啟動小(xiao)(xiao)(xiao)功率(lv)的(de)(de)休(xiu)眠(mian)泵(beng)工作，保證(zheng)系(xi)統(tong)小(xiao)(xiao)(xiao)流(liu)量(liang)供(gong)水，解決(jue)小(xiao)(xiao)(xiao)流(liu)量(liang)甚(shen)至零流(liu)量(liang)供(gong)水時大(da)量(liang)電能的(de)(de)浪(lang)費問(wen)題(ti)，從(cong)運(yun)行(xing)控(kong)制上(shang)進一(yi)步節能。

三、 小區變(bian)頻恒壓供(gong)水系統及控制參(can)數選(xuan)擇

1、小區變頻恒壓(ya)供水系統組(zu)成(cheng)

      小區變頻(pin)恒壓供水系(xi)統通常是由(you)水池、離心泵(beng)（主泵(beng)+休眠泵(beng)）、壓(ya)力傳(chuan)感器、PID調節(jie)器、變頻(pin)器（主泵(beng)+休眠泵(beng)）、管網(wang)組成（如圖1）。工(gong)作流程是利用(yong)設置在管網(wang)上的(de)(de)壓(ya)力傳(chuan)感器將(jiang)管網(wang)系統內因用(yong)水量的(de)(de)變化引起的(de)(de)水壓(ya)變化，及時將(jiang)信號(hao)（4-20mA或0-10V）反(fan)饋PID調節(jie)器，PID調節(jie)器對比(bi)設定控制壓(ya)力進行運算后給出相應的(de)(de)變頻(pin)指令，改變水泵(beng)的(de)(de)運行或轉速(su)，使得(de)管網(wang)的(de)(de)水壓(ya)與控制壓(ya)力一(yi)致。

2、變頻恒(heng)壓供水系統的參數(shu)選取

      （1）、合理選(xuan)(xuan)取壓(ya)力(li)控(kong)制(zhi)參數，實(shi)現系統低能耗(hao)恒(heng)壓(ya)供水。這個目(mu)的的實(shi)現關鍵就(jiu)在(zai)于(yu)壓(ya)力(li)控(kong)制(zhi)參數的選(xuan)(xuan)取，通(tong)常(chang)管網壓(ya)力(li)控(kong)制(zhi)點的選(xuan)(xuan)擇有兩個：一個就(jiu)是管網 不利點壓(ya)力(li)恒(heng)壓(ya)控(kong)制(zhi)，另一個就(jiu)是泵出口壓(ya)力(li)恒(heng)壓(ya)控(kong)制(zhi)。兩者如(ru)何選(xuan)(xuan)擇。

      管(guan)(guan)(guan)網(wang)(wang)(wang)(wang) 不利(li)點(dian)(dian)壓(ya)力恒(heng)定時(shi)(shi)，管(guan)(guan)(guan)網(wang)(wang)(wang)(wang)用水(shui)(shui)量(liang)由(you)QMAX減少到(dao)Q1，水(shui)(shui)泵降低(di)轉速，與用水(shui)(shui)管(guan)(guan)(guan)路(lu)(lu)特(te)(te)性曲(qu)線(xian)A（不變(bian)）相交于點(dian)(dian)C，水(shui)(shui)泵特(te)(te)性曲(qu)線(xian)下(xia)移(yi)，管(guan)(guan)(guan)網(wang)(wang)(wang)(wang) 不利(li)點(dian)(dian)壓(ya)力H0。而泵出口壓(ya)力恒(heng)壓(ya)控(kong)制時(shi)(shi)，則Ha不變(bian)，用水(shui)(shui)量(liang)由(you)QMAX減少到(dao)Q1與Ha交于B點(dian)(dian)，用水(shui)(shui)管(guan)(guan)(guan)路(lu)(lu)特(te)(te)性曲(qu)線(xian)A上移(yi)并通過B點(dian)(dian)，管(guan)(guan)(guan)網(wang)(wang)(wang)(wang) 不利(li)點(dian)(dian)壓(ya)力變(bian)為Hb，Hb - H0的揚(yang)程差即(ji)為能(neng)量(liang)浪費，所以選(xuan)擇管(guan)(guan)(guan)網(wang)(wang)(wang)(wang) 不利(li)點(dian)(dian)的 較小水(shui)(shui)頭為壓(ya)力控(kong)制參數，形成閉環壓(ya)力自控(kong)系統，使得水(shui)(shui)泵的轉速與PID調(diao)節器設定壓(ya)力相匹配，可以達到(dao)較大節能(neng)效(xiao)果，而且實現了恒(heng)壓(ya)供水(shui)(shui)的目的。

      （2）、變頻器(qi)在投(tou)入運行后的調(diao)試是保證系統(tong)達到較(jiao)佳(jia)運行狀態(tai)重要(yao)方式。變頻器(qi)根據負載(zai)的轉(zhuan)動慣量的大(da)小，在啟動和停止(zhi)電機時(shi)(shi)所需的時(shi)(shi)間(jian)不相同(tong)，設定時(shi)(shi)間(jian)過(guo)短會(hui)導(dao)致(zhi)變頻器(qi)在加速時(shi)(shi)過(guo)電流、在減速時(shi)(shi)過(guo)電壓保護(hu)；設定時(shi)(shi)間(jian)過(guo)

長會導致(zhi)變(bian)頻器在調速運(yun)行(xing)時使系統(tong)(tong)變(bian)得調節緩(huan)慢，反應(ying)遲滯，應(ying)變(bian)能(neng)力差(cha)，系統(tong)(tong)易處在短期不穩定狀態中。

      為了變(bian)頻器(qi)不跳閘保護，現場使用當中的(de)(de)(de)(de)許多變(bian)頻器(qi)加(jia)(jia)減(jian)(jian)速(su)時(shi)間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)設(she)置過長，它(ta)所帶來的(de)(de)(de)(de)問題很容易被設(she)備外(wai)表的(de)(de)(de)(de)正(zheng)常(chang)而(er)掩蓋，但是變(bian)頻器(qi)達不到(dao) 很好的(de)(de)(de)(de)運行狀(zhuang)態。所以現場使用時(shi)要(yao)根據所驅動的(de)(de)(de)(de)負載(zai)性質不同，測試出負載(zai)的(de)(de)(de)(de)允許 短加(jia)(jia)減(jian)(jian)速(su)時(shi)間(jian)(jian)(jian)，進行設(she)定(ding)。對于水(shui)泵電(dian)機(ji)，加(jia)(jia)減(jian)(jian)速(su)時(shi)間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)選擇在0.2-20秒之間(jian)(jian)(jian)。

四(si)、 小區變頻恒壓供(gong)水(shui)系統的(de)優點

      相對與(yu)傳統的(de)(de)(de)加壓供水方式，變頻恒(heng)壓供水系(xi)統的(de)(de)(de)優點(dian)突出的(de)(de)(de)體現在以(yi)下(xia)幾個方面(mian)：

１、高(gao)度有效節能

      變頻恒(heng)壓(ya)供水系統的 顯著優點就是節(jie)(jie)約電能(neng)，節(jie)(jie)能(neng)量(liang)通常在10-40%。從單臺水泵的節(jie)(jie)能(neng)來看，流量(liang)越小，節(jie)(jie)能(neng)量(liang)越大。

２、恒壓供水

      變頻恒壓(ya)供水(shui)系統(tong)實(shi)現了系統(tong)供水(shui)壓(ya)力穩定而流量可在(zai)大范(fan)圍內連續變化，從而可以保(bao)證(zheng)用戶任何時候的用水(shui)壓(ya)力，不會出現在(zai)用水(shui)高峰期熱水(shui)器(qi)不能正常使(shi)用的情(qing)況。

３、 衛生

      系統實(shi)行(xing)閉環供水(shui)(shui)后，用(yong)戶的水(shui)(shui)全(quan)部由(you)管道直接供給，取(qu)消(xiao)(xiao)了水(shui)(shui)塔、天面水(shui)(shui)池、氣壓罐等(deng)設施，避免了用(yong)水(shui)(shui)的“二次污染”，取(qu)消(xiao)(xiao)了水(shui)(shui)池定期清理的工作(zuo)。

４、自動(dong)運行(xing)、管理簡便(bian)

      新型的小區(qu)變頻(pin)恒壓(ya)供水系統具備了(le)過流、過壓(ya)、欠(qian)壓(ya)、欠(qian)相、短路(lu)保護(hu)(hu)、瞬時停電保護(hu)(hu)、過載、失速保護(hu)(hu)、低液位(wei)保護(hu)(hu)、主泵定時輪換控制、密碼設定等(deng)功能，功能完善(shan)，全自動(dong)(dong)控制，自動(dong)(dong)運(yun)行，泵房不設崗位(wei)，只需派人定期(qi)檢查、保養。

５、延長設備(bei)壽命、保護電網穩定

      使(shi)用(yong)變頻器(qi)后，機(ji)(ji)泵(beng)(beng)的(de)轉速(su)不再是長(chang)期維持額(e)定(ding)(ding)轉速(su)運行(xing)，減少了機(ji)(ji)械磨損，降低了機(ji)(ji)泵(beng)(beng)故障率(lv)，而且(qie)主泵(beng)(beng)定(ding)(ding)時輪換控(kong)制功能自動定(ding)(ding)時輪換主泵(beng)(beng)運行(xing)，保證(zheng)各(ge)泵(beng)(beng)磨損均勻且(qie)不銹死，延長(chang)了機(ji)(ji)泵(beng)(beng)使(shi)用(yong)壽命(ming)。變頻器(qi)的(de)無(wu)級(ji)調速(su)運行(xing)，實現了機(ji)(ji)泵(beng)(beng)軟(ruan)啟動，避免了電機(ji)(ji)開停時的(de)大電流對電機(ji)(ji)線(xian)圈和(he)電網的(de)沖擊，消除了水泵(beng)(beng)的(de)水錘(chui)效(xiao)應。

６、占地(di)少、投資回(hui)收期短

      新型的(de)(de)(de)小區變(bian)頻恒(heng)壓(ya)供(gong)水(shui)系統(tong)采用(yong)水(shui)池上直接安裝(zhuang)立式泵，控制(zhi)間只要安放一到兩(liang)個控制(zhi)柜，體積(ji)很小，整個系統(tong)占地就(jiu)非常小，可以(yi)節省投資(zi)。另外不用(yong)水(shui)塔或天面水(shui)池、控制(zhi)間不設專人(ren)管理(li)、設備故障率極低等方(fang)面都實現了(le)進一步減少投資(zi)，運行管理(li)費低的(de)(de)(de)特(te)點(dian)，再加上變(bian)頻供(gong)水(shui)的(de)(de)(de)節能優點(dian)，都決(jue)定了(le)小區變(bian)頻恒(heng)壓(ya)供(gong)水(shui)系統(tong)的(de)(de)(de)投資(zi)回收(shou)期短，一般約2年。