变频恒压供水控制系统在农村饮水安全中的应用

2012-04-10 10:53:53睢县水利局
河南水利与南水北调 2012年20期
关键词:恒压工频并联

□宋 慧(睢县水利局)

1.变频恒压供水控制系统的构成及工作原理

变频恒压供水控制系统主要由变频控制柜、压力传感器、水泵等组成。变频控制柜由断路器、变频器、接触器、中间继电器、PLC等组成,这里着重谈一下变频器及工作原理。

1.1 变频器调速原理

变频器作为变频恒压供水控制系统的主要设备,其作用是将频率固定的交流电(通常为50Hz)变成频率可调(一般为0~400Hz)的三相交流电。

由公式n0=60f/p

式中:n0为同步转速即旋转磁场的转速;f为电流的频率;p为旋转磁场的磁极对数。

当频率f连续可调时(一般p为定数),电动机的同步转速也连续可调,变频器就是通过改变频率来调节电动机转速的。

1.2 变频器节能原理

水泵消耗功率与其转速的三次方成正比:即公式N=Kn3

式中:N为水泵消耗功率;n为水泵运行时的转速;K为系数。

水泵设计是按工频运行时设计的,除供水高峰外,大部分时间流量较小,因此可以调节水泵运行的转速改变供水流量,最终达到节能的目的。实践证明,应用变频器可使水泵平均运行转速比工频时运行转速降低20%,从而降低能耗,节能率可达40%左右。

2.变频恒压供水控制系统广泛应用的重要原因

变频恒压给水的供水压力可调,可以满足各种供水压力的需要,能方便地改变供水压力。即使供水压力可调,在选泵时泵的扬程宜大一些,因为变频调速其最大压力受水泵限制。最低供水压力也不应太小,因为水泵不允许在低扬程、大流量下长期超负荷工作,否则应加大变频器和水泵电机的容量,以防止发生过载。

近年来,变频器技术已很成熟,为变频调速供水提供了充分的技术和物质保障。任何品牌的变频设备与变频供水控制器配合,即可实现多泵并联恒压供水。

变频恒压供水具有优良的节能效果。

变频恒压供水节能的效果主要取决于用水流量的变化情况及水泵的合理选配,由水泵-管道供水原理可知,调节供水流量有两种方法:一种是节流调节,开大供水闸阀,流量增加;关小供水闸阀,流量减少;这种方法工作量大,费时费工,节能效果不明显。另一种是调速调节,水泵转速升高,供水流量增加;转速下降,流量降低,对于用水流量经常变化的场合(如居民生活用水),采用调速调节流量,节能效果比较明显。

3.变频恒压供水控制系统的供水模式

为了使变频恒压供水具有优良的节能效果,变频恒压供水常采用多泵并联的供水模式。其工作模式有两种:一是变频泵固定方式,二是变频循环软启动工作方式。

3.1 变频泵固定方式

变频泵固定方式为工作时一台泵是变频泵,其余是工频泵,供水时变频泵的流量发生变化,其工作效率随流量变化而变化。当供水流量小于一台泵在工频恒压条件下的流量,由一台变频泵调速恒压供水;随着供水流量的增大,变频泵的转速自动上升,变频泵的转速上升到工频转速时,若用水流量进一步增大,变频供水控制器控制自动启动一台工频泵投入,该工频泵提供的流量是恒定的,其余各并联工频泵按相同的原理投入;当用水流量接近于零,多泵并联恒压供水系统的变频泵自动睡眠停泵,不用水时自动停泵而没有能量损耗,具有最佳的节能效果。

3.2 变频循环软启动工作方式

变频循环软启动工作方式工作时遵循先开先停的工作模式。当供水流量小于变频泵在恒压工频下的流量时,由变频泵自动调速供水,随着用水流量的增大,变频泵的转速升高。当变频泵的转速升高到工频转速时,由变频供水控制器把该台水泵切换到由工频电网直接供电(不通过变频器供电)。变频器则启动另外一台并联泵投入运行。随着用水流量增大,其余各并联泵均按上述相同的方式软启动投入。当用水流量减少时,各并联工频泵按次序关泵超出,并泵超出的顺序按先投入先关泵超出的原则由变频控制器单板计算机控制。

在变频泵固定方式中,变频泵固定不变,当用水流量变化时,变频泵始终处于运行状态,因此变频泵的运行时间最长。为了均衡各水泵的运行时间,对于变频泵固定运行方式,可以设计成变频泵定时轮换运行方式。即当某一台变频泵运行一定时间后,由变频控制器控制变频泵自动进行轮换。例如:开始时1泵变频,2、3泵工频,当1泵变频运行T时间后(T可设定)自动轮换为2泵变频,3、1泵工频;再运行T时间后自动轮换为3泵变频,1、2泵工频,如此反复运行。变频泵定时自动轮换改变的,其优点是各并联泵可定时轮换到变频运行,使各并联泵的磨损均衡。缺点是任一台泵变频运行时发生故障有可能使变频器保护跳闸而停止工作,因为各并联水泵是由变频器控制运行的,当变频器跳闸,必然使所有并联水泵停机而中断供水。

因此,当水泵的可靠性有保障时,自动轮换控制功能的变频恒压供水系统的可靠性将低于不具备自动轮换控制功能的变频恒压供水系统。故不主张采用具有自动轮换控制功能的变频恒压供水系统。多泵并联循环软启动的变频恒压给水系统,同样存在上述变频恒压自动轮换工作模式的缺点,为保证恒压供水,各并联泵的大小应相同。

为保证供水可靠性,笔者不主张采用自动轮换和变频循环软启动的工作模式。

4.变频恒压供水控制系统的常见故障

4.1 系统压力不稳

造成系统压力不稳,可能有这几种原因:压力传感器采集压力点的选取离水泵出水口太近,管路压力受出水的流速影响太大。控制器的加、减速时间与水泵电机功率不符。控制器和变频器的加、减速时间不一致,控制器的加减速时间设定应不小于变频器加减速时间。

4.2 变频恒压供水设备小泵起停过于频繁

该情况针对工频工作的小泵而言。在系统之中,控制器参数中“小泵压力正、负误差”设定过小,解决问题的方法是将此项参数调高到一定值。

4.3 系统压力高于设定值时主机不停

压力传感器反应的压力和控制器面板上的压力不符,压力传感器的压力高于设定值,而面板反映的压力并未超出,有可能压力传感器损坏,接线可能有问题。此时控制器主机不停是正常的。

若上述情况不存在,控制器和传感器的压力相符,均高于设定压力,则应检查小泵的设定状态,若小泵处于关闭状态,且主机设定为达到下限频率不停机,主机不停也是正常的。若小泵是开启的,再查看主泵的运行频率,若运行频率并非设定的下限频率,这时说明系统正处于正常的供水过程之中,将系统的频率调低,压力自然会下降。

4.4 变频恒压供水设备控制器不起泵,RUN灯闪烁

此时控制器处于定时休眠状态。用户将控制器的功能代码设定为ON,并设定了控制器休眠的时间,将控制器的相关参数项更改即可。

4.5 控制器未能按设定的时间间隔定时换泵

当系统压力稳定时,水泵泵组工作状态不发生变化的情况下,控制器应当按设定的时间间隔进行换泵动作。在设定的时间间隔中,若发生过水泵切换,或是中途停过机,则水泵的定时换泵时间将重新计时;未能按设定时间间隔换泵,请连续监测控制器,如果在设定的时间段内,没有发生以上提及的情况,也没有定时换泵,则说明控制器有故障。

4.6 变频恒压供水设备定时开关机不执行

出现此种情况应检查时间设置是否合理。例如:时间段结束时间早于时间段开始时间、检查定时关机时间段是否在设定的时间段内、设定的时间段相对应的休眠功能是否开启。

5.结论

变频恒压供水广泛应用于供水系统中,该系统可靠性高、效率高、节能效果显著、动态响应速度快。因实现了恒压自动控制,不需工作人员频繁操作,节省了人力,提高了供水质量,减轻了劳动程度,节约了管理费用。对整个系统来说,系统的可扩展性好,工作人员可根据不同季节的用水情况,选择不同的压力设定范围,不仅节约了用水,而且节约了电能,从而实现供水的最优化控制和稳定性控制。

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