变频器在高层民用建筑给水泵房中的应用

吴红梅,邢广旭,侯云璐（大连市自来水集团设计有限公司，辽宁大连，116600）



变频器在高层民用建筑给水泵房中的应用

吴红梅,邢广旭,侯云璐
（大连市自来水集团设计有限公司，辽宁大连，116600）

摘要：随着城市用地的紧张，小区高层建筑越来越多，高层建筑的给水设计就愈加显得重要。给水一旦失去控制，必然给居民的生活和工作带来很大的麻烦，甚至造成财产损失。因此，必须严格按照国家规范规程做好民用建筑给水泵房的供电及电气控制设计工作。

关键词：变频器；高层；给水泵房；应用

近几年，变频恒压技术已经成熟的应用于城市供水中。它与传统的供水方式相比具有高效，节能，电机运行平稳，供水稳定等优势。

1　变频器的节电原理

1.1降低电机转速提高节能效果

由电机学原理得知，电机转速与供电频率的关系如下：

n—转速f—频率p—极对数s—转差率

由上可知，电动机的转速与供电频率成正比,当定子的供电频率发生改变的时候，电动机的转速也成比例的跟着变化。

由流体力学原理可知，流量与转速的一次方成正比，轴功率P功与转速的三次方成正比，当极对数p和转差率s不变时，它们之间的关系如下：

由上可知，当电机交流电的频率改变时，电机的功率以及流体流量都会随之改变而改变，所以，当电机的转速降低时，电机轴输出的功率会以3次方的关系下降，由此可见当采用变频方式节能时，会产生明显的效果。

1.2动态跟踪节能

变频器可跟随负载的变化，迅速调整频率，以供给最大效率的电压，使电机始终保持高效率运行。

2　负荷等级及供电

2.1负荷等级

根据《JGJ/T16-2008》第3.2.6规定，高层住宅的生活水泵不低于二级负荷。

2.2供电

生活泵房的供电线路要求，当电力变压器发生故障或线路故障时不至于中断供电（或中断后能快速恢复）。设计中一般要求建筑开发商预留380V/220V专用线路，由变配电室低压柜引入泵房配电柜或配电箱。

3　电气控制方式及原理

3.1控制方式

给水泵的电气控制采用变频恒压控制。和传统的供水系统相比，它有供水质量高、灵活性强、电机起制动平稳和节能等优点。目前变频恒压控制成为城市供水的主要方式。

3.2控制原理

其工作原理是：当用水量变化时，管内的压力也会随之改变，安装在出水总管上的压力传感器可以测定水管内的实际压力值，并将该压力信号转化成4-20mA的标准电信号，传输到PLC，与预先设定的压力值进行比较，得出调节参数，送入变频调速器，进而调节水泵电机的转速，实现水泵供水压力的自动控制，保障供水量随用水量的变化而变化，使得供水管道内的压力保持不变，满足人们日常用水的要求。除此之外还在进、出水总管上安装电接点压力表，在进水无水、出水超压的情况下，电接点压力表输出开关量信号到PLC的输入接点，该信号与变频器设定的极限压力信号进行比较，进而控制泵的切除，对泵起到保护作用。

图1　系统组成图

4　变频器在二次加压生活泵房的应用

4.1工艺控制要求

某小区二次加压泵房新设4台泵(中区2*22kW+高区2*30kw)，各加压分区电动机分别采用一用一备方式运行，变频控制柜均为一用一备型。

电源由建设单位根据负荷等级以相应供电方式引入泵房内低压配电柜

4.2硬件组成

在系统设计阶段，考虑到可靠性要求比较高，一般选用西门子公司的产品。

控制装置PLC包含以下几个模块：CPU 模块为 1747-L532。电源模块为 1746- P2，可提供直流电 24V。数字量输入模块为1746- IB16，每个模块包含 16 个数字量输入。数字量输出模块为 1746-OW16，每个模块包含16个数字输出量，采用继电器输出，电压范围为直流 24V或者交流220V。模拟量输入模块为 1746- NI8，包含8个模拟输入量，输入范围在-20到+20mA之间。模拟量输出模块为 1746- NO4I，包含4个模拟输出量，输出量程为 0到20mA。

4.3压力传感器和电接点压力表

变频控制柜采用双压力设定方式,根据总出水管压力调节电机转速达到恒压供水，并通过进出水的电接点压力表，在来水无水和出水超压情况下保护停泵。

本系统选用SYB-100压力传感器，检测范围为0～1.6MPa；YX-150C电接点压力表，检测范围为0～1.6MPa。

压力传感器安装在压力水柜上，将接收到的压力信号转变为电信号，该信号传输到远程监控系统，在调度室可以监视进水压力的变化。

在出水总管上也安装压力传感器，将检测到的水压信号传输到变频器的模拟量输入端，跟变频器设定的标准压力值进行比较，进而调节电机的转速。

在进水压力水柜以及出水总管上分别安装电接点压力表，电接点压力表将检测到的压力信号传输到变频器的数字量输入端，在来水无压和出水超压的情况下对泵进行切除，从而对泵进行保护。

4.4本系统已经成功应用于小区二次加压泵房，并取得了良好的效果

（1）使用变频器后,电机的运行电流、温度明显下降，减少了机械磨损，使电机的寿命延长。

（2）采用闭环控制，采用自动化控制仪表实现了自动调节的功能，能够及时反馈水压的变化值，并进行调整，保证了供水压力的稳定。

5　优点

（1）节能高效。

该系统通过变频器的运行，可根据管网中供水压力的变化自动调节电机的转速和频率以及泵的切除，使管网中的压力始终保持在一定范围内，避免用水量低谷时对电能的浪费。

（2）供水压力恒定。

变频调速可以保持管网压力恒定，压力变化在 0.01MPa 以内。

（3）无人值守，操作简单。

该系统可实现无人值守。故障时可以自动保护并发出报警信号。故障信号通过远程监控系统被传输到调度室，工作人员可在调度室进行监视并操作，保障了供水的安全性。

参考文献

[1]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京: 清华大学

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[3]顾绳谷.电机及拖动基础.机械工业出版社,1986

[4]李鹤龙.电动调节仪表.化学工业出版社,1985

[5]陈伯时.自动控制系统.机械工业出版社,1987

The application of inverter in water supply stations in high-rise buildings

Wu Hongmei,Xing Guangxu,Hou Yunlu
（Dalian tap water group design Co., Ltd.，Dalian Liaoning,116600）

Abstract：With the urban land tension, more and more high-rise buildings,high-rise building water supply design is even more important.Once the water supply is out of control,it is bound to bring a lot of trouble to the people's life and work,and even cause property damage.Therefore,must do the water supply pumping station civil construction in strict accordance with the national standards and rules of power supply and electrical control design.

Keywords：inverter;high water pump;application