变频恒压供水之探讨

刘开文

摘 要 变频恒压供水设备是一种新型的节能供水设备。将变频器与电机水泵组合而成的机电一体化高科技节能供水装置。变频恒压供水设备以水泵出水端水压为设定参数，通过自动控制变频器的输出频率从而调节水泵电机的转速，使供水系统自动恒稳于设定的压力值，这样就保证了整个用户管网随时都有充足的水压和水量。

关键词 恒压供水 变频器调速 节能

一、恒压供水的原理

变频恒压供水设备投入运行前，首先应设定设备的工作压力等相关运行参数，设备运行时，由压力传感器连续采集供水管网中的水压及水压变化率信号，并将其转换为电信号传送至变频控制系统，控制系统将反馈回来的信号与设定压力进行比较和运算，使供水系统自动恒稳于设定的压力值：即用水量增加时，频率提高，水泵转速加快；用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢。直至管网压力恒定在设定压力范围内。

二、方案

兰新第二客运双线九标乌鲁木齐三葛庄制梁场施工用水；九标项目部要求乌鲁木齐三葛庄制梁场、九标第二搅拌站、九标预制板厂、九标二工区采取集中供水，日高峰用水量约800至1000吨（24小时）。根据水文勘测距乌鲁木齐三葛庄制梁场直线距离约2.5公里处地下水源可满足供水需求。

现场实地观测供水管线需穿越既有高速公路、在建兰新第二客运双线。

供水管网主管网从水井泵房到乌鲁木齐三葛庄制梁约3公里，高差约80米 ，不含预制板厂、二工区、第二搅拌站分支管网。供水主管网根据现场情况分别要穿越既有高速公路涵、在建铁路桥，二工区、第二搅拌站供水管网要穿越在建铁路桥、涵。考虑冬季因天气寒冷无法施工供水管网采用明敷，在管网管道处安装排水阀以便在冬季休工前将管网中的积水排除防止管网管道冻裂。

因受环境、征地等影响不使用蓄水池蓄水加压，采用10m3压力储蓄罐。主管网采用（水井泵房至制梁场）150mm1.6MP镀锌焊管，分支管网采用80mm1.6MP镀锌焊管，供水量不足时可分时、分段、分区供水，各用水单位均要错开用水高峰并建蓄水池不小于100m3。

1、深水潜水泵；2、输水管；3、单向止回阀；4、18、压力表及压力变送器；5、连接法兰；6、压力储蓄灌；7、压力储蓄罐排污阀；8、13、蝶阀；9、12、14、17、软连接；10、15、立式多级离心泵；11、16单向止回阀；9、排污阀；20、供水管网

三、变频恒压供水设备选型

1、深水潜水泵

根据井深98米直径0.3米，选用250 QJ63-120/6深水潜水泵；机座号250（直径250cm）、流量63m3/h、扬程120m、水泵级数6级、电动机功率37KW、77.8A、转速2875r/min。63？4=1512m3。

2、加压泵

轻型立式多级离心泵，型号 CDL65-50FSWPC ；流量 65m3/h 、扬程120m、电动机功率30KW 、58A、转速2900r/min。65？4=1560m3。查阅技术参数CDL65-50 H=120m、Q=30 m3/h，H=105m、Q=50m3/h，H=88m、Q=65m3/h。

3、变频器

变频器的功率 当一台变频器驱动一台或两台以上的电机时，变频器的功率应符合电机额定电流合计的1.1倍应小于变频器的额定电流的条件。

变频器面板选用双行显示，第一行显示输出频率、第二行显示输出电流，方便观察、检测电机工作状态。

深水潜水泵选用：伟创AC60-T3-037G/045P，在045P模式（风机水泵型）额定电流输出90A，

立式多级离心泵选用：伟创AC60-T3-030G/037P、在037P模式（风机水泵型）额定电流输出75A，

4、压力变送器

SBP800压力变送器；精度等级0.25、输出信号4-20mA、电源电压24V、测量范围0-1.6MP；

5、压力表

電接点压力表YXC-103 0-1.6MP

压力表Y-100BF/Z/MF（B）316 0-1.6MP

四、控制电路

潜水泵、多级离心泵控制柜分别单独配置，柜门上安装电压表一块、启动按钮停止按钮各一个、变频器面板安装在柜门上方便调试观测，多级离心泵安装转换开关一个。深水潜水泵变频器控制（略）；压力变送器接压力储蓄罐（略）；多级离心泵变频器控制（略）。

压力变送器接供水管网起始端，多功能端子X1接压力储蓄罐电接点压力表（潜水泵出故障时或流量不足时停止多级离心泵工作）。多级离心泵选用两台，防止多级离心泵出现故障时可继续供水，工作一定时间切换水泵，可均衡各泵的运行时间，延长整体泵组的寿命，防止水泵因长时间不工作而锈死。

五、安装

1、深水潜水泵的安装；安装前对新钻的水井必须进行洗井（旧的深井泵洗井），清除水中泥砂后，方能安装深水型潜水电泵。

（1）仔细检查潜水泵电机、泵体有无碰伤或损坏，发现问题及时处理或更换；电缆和接头有无碰伤或损坏，发现问题及时包扎。

（2）用500伏兆欧表测定绕阻的绝缘电阻不低于l50兆欧。

（3）电机垂直立放，打开电机上端放气孔与注水孔，注意一定要将两个水堵都打开，同时，紧固电机下端放水螺栓，将电机内腔灌满洁净的清水，并即时将注水堵与放气堵拧紧，观察电机是否有漏水现象，（观察10～15分钟） 直至不漏为止。电机加满水后再次摇测电机绕组的绝缘电阻应不低于40兆欧。

（4）将引出电缆与动力电缆的对接；把电缆（25mm2潜水泵专用电缆JHS）接头处分别剥去外层护套及主绝缘层，露出铜线35-40mm，将靠近线芯部分的橡胶修成锥形，把线芯上的氧化层打磨干净，并用酒精（最好用盐酸）擦净线芯及待包扎的绝缘层、护套层并使其自然干燥；再分别把三根电缆芯线用绞接的方法相对绞接牢固，其绞接长度应不少于50毫米。

确保接头良好、工作可靠。用裸铜线均匀扎紧电缆线芯，用电烙铁加热、渗锡，要求渗透、渗匀。用锉刀修理平整焊接部分（不允许有毛刺和尖梭），并再次用酒精擦干净待包扎部分，晾干。

先用自粘性丁基胶带半迭包三层，并逐步向线芯的外部延伸。包扎时必须把胶带拉伸200%，外层再用聚氯乙烯粘带半迭包三层，也逐步往外延伸，保证包扎部分不短于200mm，包扎厚度不少于2毫米。

三芯电缆接头时应将三个接头位置依次错开一定距离，防止短路。电缆接头接好后，将引出电缆（包括电缆接头） 全部侵入水中6小时，用500V绝缘电阻表测其对地绝缘电阻应不低于500兆欧（单指接头部位对水的绝缘电阻）。 用500伏兆欧表测量电机绕组和引出电缆对地绝缘电阻，不低于100兆欧。

（5）瞬时起动电机（不超过1秒钟），看电泵转动方向是否和转向标相同，若相反，调换电源接头即可，然后相序做好标记、准备安装下井。

（6）电缆线要固定在输水管法兰上凹槽内，每节都用绑绳固定好，下井过程要小心，电缆不能当吊绳使用，更不要碰伤电缆。

（7）确定潜水电泵距井底的最小距离。切忌将潜水电泵埋入泥砂中，一般要求潜水电泵距井底不小于3米（井深98米潜水泵下至92至95米），动水面距进水节不少于1米，且泵下井深度应符合所选泵型规定扬程的要求（未超过120米）。

2、变频器的安装

（1）变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，控制柜应选用金属外壳屏蔽变频器对界的干扰。

（2）由于模拟信号特别容易受到干扰，因此变频器的外部控制线需加隔离装置或采用屏蔽线，屏蔽线接地端必须与变频器的金属机箱（接地点或接地端子），压力变送器、电接点压力表均要采用屏蔽线连接。

（3）所有的元器件均应可靠接地，连接线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。变频器正确接地是提高系统稳定性，抑制噪声能力的重要手段。

（4）漏电断路器；选用变频器专用漏电断路器时，额定灵敏电流应在30mA以上，选用一般漏电断路器时，额定灵敏电流应在200mA以上，时间0.1秒。

（5）变频器本身的电子过载保护功能可以替代热继电器等。

（6）控制电缆、电源电缆应该与电机电缆分开安装，一般它们之间应该保证足够的距离，特别是当电缆平行安装并且延伸距离较长时；信号电缆必须穿越电源电缆时，则应正交穿越。

（7）在变频器停止输出时方可切换电机或进行工频电源的切换。

（8）拆换电机时，必须切断变频器的输入电源。

六、参数设定

1、深井前水泵

程序运行暂停： 程序运行过程中，该信号有效可令程序运行暂停，变频器输出为0，信号消失后按暂停前状态继续运行。

七、运行调试

1、起动

（1）用500伏兆欧表测量电机绕阻对地绝缘阻不低于5兆欧。

（2）检查三相电源线路，电压是否符合规定各种仪表，保护设备及接线正确无误后方可合闸起动。

（3）起动后观察电流、电压是否符合规定范围，运转声音有无异常及震动现象发生，若不正常应及时找出原因处理解决。

（4）启动完毕开始运转后，应加强监护及观测水位变化，保证电泵在工况范围内运行，待水泵运行平稳后方可投入正式运转。

2、停车

（1）关闭开关停车，再起动须等5分钟或更长的时间，以防电机温升过高，停车后最好切断电源。

（2）深井潜水泵第一次投入运行4小时后，停机迅速测量热绝缘电阻，其值不低于0.5M%R，才能继续使用。

3、调试

H-17反馈通道增益：用于对反馈通道输入模拟量的放大或减小。

H-18传感器最大量程：用以校正PID 给定量与PID 反馈量的显示数据。（所谓？PID？控制，就是在一个闭环控制系统中，使被控物理量能够迅速而准确地无限接近于控制目标的一种手段。恒压供水的PID调节，就是一个负反馈。）

H-24启动阀值：变频器进入睡眠状态后，PID 反馈量必须低于启动阀值，变频器才能重新启动；启动阀值设置过高可能导致变频器频繁的启动停止，设置过低可能导致压力不足。

H-25睡眠阀值：此参数用于调整系统没有使用（如供水系统中没有用水）而休眠的标准。即变频器随时休眠侦测，当检测到PID 反馈量高于或等于PID 设定值，并在设定值附近保持一段时间后，变频器开始启动休眠侦测。休眠侦测过程中，若反馈量大于睡眠阀值，变频器逐渐降低输出频率至下限，在下限频率等待一段时间后，变频器输出降为0，进入睡眠状态。若在上述过程中反馈量低于睡眠阀值，休眠侦测结束，变频器回到PID 調节状态。此参数设定越小，系统越容易进入休眠状态；当此参数设定为100.0%时系统将不会进入休眠状态。

（1）潜水泵变频器调试：运行潜水泵观察压力储蓄灌电接点压力表值稳定在0.4MP（多级加压泵未启动），将变频器面板第一（或第二）行运行监视显示调整选择为PID 反馈量，调整H-17、H-18参数值使变频器面板数码管显示值为25，启动多级离心泵观察压力表变化、压力储蓄灌电接点压力表值稳定在0.25MP潜水泵变频器面板数码管显示值为15.7，调整压力储蓄灌电接点压力表（多级离心泵变频器X1输入端程序运行暂停指令）0.15MP，停车时先停多级离心泵在停潜水泵，将压力储蓄灌排压为0.1MP启动多级离心泵、无动作多级离心泵变频器程序运行暂停，保护起作用。H-24启动压力调至0.3MP面板数码管显示值为18（面板输入值、以下均同），H-25睡眠压力0.4MP面板数码管显示值为25。

（2）多级离心泵变频器调试：先启功潜水泵（变频器输出频率达到50Hz或压力储蓄灌压力0.4MP时）在启动多级离心泵观察供水管网起始端的压力表变化，将变频器面板第一（或第二）行运行监视显示调整选择为PID 反馈量，管道没有水的情况下压力会在0.45MP持续约40分钟，调整H-17、H-18参数值使变频器面板数码管显示值为28；当压力达到0.65MP时制梁场阀门出水面板数码管显示值为41，用时约60分钟，压力最大可到0.8MP（阀门未关闭）面板数码管显示值为50，H-24启动压力调至0.65MP面板数码管显示值为41，H-25睡眠压力0.8MP面板数码管显示值为50。

以上H-24启动压力、H-25睡眠压力设定值经多次反复调整在确保各用水单位正常供水后确定。

变频恒压供水控制系统可靠性高、效率高、节能效果显著、动态响应速度快。实现了恒压自动控制，对整个供水过程来说，根据用水情况，选择不同的压力设定范围，不但节约了用水，而且节约了电能，达到了更优的节能方式，实现供水的最优化控制和稳定性控制。提高了工作效率，延长了水泵的使用寿命。

参考文献：

[1]纬创变频器AC60-A5说明书.深圳市伟创电气有限公司.

[2]CDL，CDLF轻型立式多级离心泵.南方泵业股份有限公司.

（作者单位：中铁大桥局职工培训中心；武汉铁路桥梁高级技工学校）