变频器在供水系统中的应用

许德洪

摘 要：文章通过对供水系统中的工频泵和变频泵的分析，阐述了通过变频器实现变频泵与工频泵有机结合的重要性，既保证了供水系统的安全性，又实现了供水系統的节能效果。

关键词：变频器；变频泵；工频泵

1 概述

随着科学技术的不断发展，变频器在输送泵上的应用也越来越广泛，同时为了实际需要，在供水管网上适当地增设与变频泵并联的工频泵，让工频泵和变频泵有机地结合起来，也就是多泵并联的供水方式，既节约了能源又提高了供水系统安全性。

（1）变频泵：变频泵就是通过调节水泵的工作频率来改变水流速度，即改变了水泵的工况点。

（2）工频泵：工频泵是在工频条件下运行，就是固定工作频率下运行，在中国也就是在50HZ下运行，俗称定速泵。

2 多泵并联

2.1 多泵并联运行方式

在变频控制的供水系统中，主要采用两种控制模式，一种是定压控制模式，另一种是定量控制模式。文章主要介绍定压控制模式，在定压控制模式下，变频泵固定运行方式和变频泵循环软启动运行方式是比较常见的两种运行方式。

2.2 变频泵固定运行方式

变频泵固定运行方式是指在多泵并联的供水系统中变频泵固定不变，其它并联水泵是以工频方式自动投入运行或退出运行。

由于变频泵始终处于运行状态，导致变频泵的运行时间最长，不利于变频泵的安全运行。为了均衡各并联水泵的运行时间，可以通过定期切换变频泵，即当某一台水泵变频运行一段时间后，可以切换至另外一台水泵变频运行，保证各并联水泵运行时间相近。变频泵固定运行方式的控制原理如下。

在多泵并联的供水系统中，若系统需水流量小于一台泵在工频恒压运行条件下的流量时，由一台变频泵调速恒压供应即可，若系统需水流量增加，变频泵的运行频率会自动上升；若变频泵的运行频率上升到工频时，系统需水流量进一步增大，变频供水控制器将会自动启动一台工频泵投入运行，为供水系统提供了一台工频泵恒压下的流量，其余各并联工频泵按相同原理投入运行。

若系统需水流量减少，变频泵的运行频率会自动下降；若变频泵的运行频率下降到水流量为零时，变频供水控制器将会自动关闭一台工频泵使之退出运行，其余各并联工频泵按相同的原理退出运行。

多泵并联供水系统中的工频泵投入运行或退出运行瞬间会给系统带来一定的水力冲击，为了避免或减少这种水力冲击，在工频泵投入运行时变频泵的运行频率应自动下降，然后再慢慢上升以满足恒压供水的要求；在工频泵退出运行时变频泵的运行频率应自动上升，然后再慢慢下降以满足恒压供水的要求。

2.3 变频泵循环软启停运行方式

变频泵循环软启停是一种恒压变量循环状启停、并先开先停的运行方式，即在多泵并联变频恒压变量的供水中，每一台水泵的启动或停止都是通过变频器来实现的。变频泵循环软启停运行方式的控制原理如下。

在多泵并联的供水系统中，若系统需水流量小于变频泵在工频下的恒压流量时，变频泵的运行频率会自动调节以满足系统需求；若系统需水流量增加，变频泵的运行频率会自动上升，当变频泵的运行频率上升到工频时，将由变频供水控制器把该台水泵切换到市电直接供电（不通过变频器供电），从变频器下火脱开，变频器将会控制另外一台并联泵软启动投入运行。随着系统需水流量持续增加，其余各并联泵均按上述相同的方式软启动投入运行。

若系统需水流量减少，变频泵的运行频率会自动下降；若变频泵的运行频率下降到水流量为零时，变频供水控制器将会自动关闭该台变频泵使之退出运行，同时变频器又开始控制另外一台并联水泵变频运行。随着系统需水流量持续减少，其余各并联泵均按上述相同的方式软停止退出运行。

2.4 节能效果

在变频恒压供水系统中，系统需水流量是不断变化的，变频器通过调节变频泵运行频率来满足系统恒压用水需求，变频泵的工作效率随流量变化而改变，从而可以降低变频恒压供水系统的能耗，达到节能效果。

同时，变频器具有自动睡眠功能，当系统需水流量为零时，变频泵能自动睡眠停泵，从而达到没有用水就没有能量损耗，具有最佳的节能效果。

3 工程案例

某工厂拟建设一套冷却循环水系统，主要用于高温炉体的降温使用，对冷却循环水系统的稳定性有很高要求，杜绝断水现象发生。具体要求如下。

（1）设计流量为100m3/h，供水压力为0.6MPa，供水温度为23±1℃，供回水温差为3℃。

（2）循环水管道采用304不锈钢管道。

（3）UPS电源停电保护时间为30min，采用双电源供电。

该系统通过一台ABB ACS510变频器拖动三台水泵（二用一备）来实现恒压供水。水泵的工作方式采用ACS510变频器内置的SPFC功能（又称循环软启动功能），SPFC功能每次启动新水泵的时候，都是用变频器来启动的，而变频器刚刚拖动过的水泵，将切换至工频运转[1]。

在系统电控方面，实现全自动运行，无人值守，同时设有手动回路作为应急备用；若一台水泵出现故障，能够自动切换掉，保证系统的连续性；三台水泵轮换运行，防止泵体久置生锈。

4 结束语

变频器在供水系统中的应用越来越广泛，特别是恒压供水系统，变频器强大的内部逻辑功能能够满足各种工况的用户需求。恒压供水系统主要有两种运行方式，分别是变频泵固定运行方式和变频泵循环软启动运行方式。

变频器可以降低多泵并联变频恒压供水系统的能耗，达到节能效果。此外，因为无需使用外部PLC控制，降低了用户的投资成本，同时电网直接快速切换至已运行中的水泵上，相比较电网直接切换至静止的水泵上，水泵启动电流对电网冲击较小。

参考文献

[1]ABB电气传动系统有限公司.ACS510-01用户手册[Z].