水厂加压站中变频恒压供水的应用研究

武 逸 冰

(山西太水市政工程有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

随着社会的不断发展，各行各业对水的需求量也越来越高，特别是在城市不断发展的过程中，城市的扩张对供水也提出了更高的要求。在城市扩张的过程中，会出现一些郊区的扩张和建设，这个地区一般会处在供水管网的末梢，并且生产生活方面的用水量变化比较快，因此对供水的安全性和稳定性提出了更高的要求，同时在供水的连续性方面也难以得到有效的保证。对传统的加压方式来说，水质容易受到严重的污染，同时基建投资比较多，会导致操作人员的工作量比较大，这种操作模式最主要的特点就是供水压力不能够保持在恒定的状况中，因此会导致供水的质量比较差。在水厂加压站中进行变频恒压供水的应用可以提升水厂加压站的运行效率和效果，从而为供水的稳定提供帮助，实现供水的平衡，促进社会的发展。

1 软件和硬件系统的实现

1.1 硬件系统

水厂加压站中变频恒压供水的应用，首先需要完成硬件系统方面的建设，结合不同地区的具体供水实际情况和需求，所使用的硬件设备也会存在一定的差异性选择，为了能够有效的使水压处在一个恒定的控制状况当中，人们可以对水泵的电机转速进行改变，同时也可以对单台水泵的工频及变化频率进行切换，除了这些措施之外，还可以结合实际的情况，对运行水泵的数量进行控制。系统可以采用压力传感器、PLC和变频器作为中心控制装置，通过安装在管网干线上的压力传感器检测管网的水压，将压力转化为4 mA～20 mA的电流或者是0 V～10 V的电压信号，提供给变频器。因此可以根据具体的定值和实际值完成设定电压电流的电流值及反馈电流信号的对比，然后再利用相应的控制端来进行自动调节工作的开展，改变频率的输出值对所有的水泵电机转速进行控制。这样的一种硬件处理方式能够使单台水泵的恒压供水成为现实，但是对两台水泵的多种工况运行，还需要进行开关量的控制工作，并且会涉及到大型数据的处理，因此要注重数据处理能力的提升，在这样的背景下，单纯使用单频器单独控制难以实现。目前，在相关的硬件设备中，西门子系列的PLC在一些小型自动化控制系统当中的应用十分广泛，对该设备的模拟量采集模块进行运用，可以实现压力传感器和变频器控制的连接工作，同时在编程操作的帮助下，对多机组和多工况调度方面的问题进行解决，再结合具体的组态软件，方便操作人员对状态进行及时的查看和介入方面的控制。

1.2 软件系统

在软件系统的设置中，首先要使用合理的编程软件，进行控制程序的编写操作，以此来更好的对系统手动和自动的切换问题进行解决，并且完成参数的初始以及信号和通讯数据的预处理工作。此外，通过程序的编写，还能够进行泵的启动及切换，对停止方面的条件和顺序设置也能够有效的推动。当供水的压力出现不够充足的情况时，人们可以增大变频器输出的频率，反过来，人们就应该减小变频器的输出频率，从而使水压始终保持在一个稳定的状况中。在实际的编程过程中，人们需要考虑变频器频率调整过于频繁的情况，因为过于频繁会导致超调情况的出现，因此需要设置一个连续的采样，更好地使三次满足条件之后，获得及时的输出和调整。

2 变频供水系统运行状态

2.1 安全生产

系统之所以能够稳定的对供水总管的压力进行控制，在很大程度上源于软件和硬件方面的设置合理和配合流畅。在变频供水系统运行的过程当中，实现安全的生产是非常重要的一个前提。有的加压站目前的能力能够满足实际用水量的需求，变频器能够有效的对水泵电机的转速进行调节，根据用户用水量需求的大小通过管网压力进行调节，从而实现动态供给方面的平衡，确保整体管网的安全性，也能够有效的减少操作人员在劳动方面的长度以及换泵方面比较繁琐的程序。对这些系统来说，它有比较完善的保护功能，例如：接地、过载和过压等，同时还能够确保整个系统处在安全和可靠的状况下。

2.2 节能运行

充分考虑水泵的流量特性及电机的转速，在分析水泵电机功率、水泵流量、水泵扬程的情况下，可以探讨出具体的计算公式和计算的模型。

轴功率P=Q·H·9.8·ρ/3 600·η。

其中，H为扬程,m；Q为流量,m3/h；η为泵的效率；P为轴功率,kW；ρ为水介质比重，取1 000 kg/m3；g=9.8。

推导出P=2.73HQ/η。

由此可以看出，电机的功率和水泵的流量之间是一个正比的关系。在大多数情况下，加压站用户侧的水量都是处在不断变化的过程中，如果遇到需水量处于波谷时期的时候，那么变频器就会降低水泵电机的转速，以此来使节能效益处在一个比较可观的状态下。目前所使用的变频器大多数都会具有软启动和平滑停车方面的功能，因此能够使电机的启动和停车电流得到限制并且降低，能够在最大程度上减少大电流对电机绕组所带来的冲击，也能够使电机突然启动和停止，对水泵带来的冲击得到有效的减少，能够在一定程度上确保电机和水泵获得有效的保护，促进它们使用寿命的延长。在这样的状况下，管道和阀门的冲击及磨损，也会达到一个最小的状况，设备的维护工作量也能够获得减少。

3 系统出现的问题和解决的方案

3.1 电流相间不平衡分析

电机电流相间不平衡最主要是在系统启动的过程中出现，通过相应的观察可以发现，相间电流相差一般会在几十到一百安培之间，在这个时候，变频器的工作会处在一个正常的状况下。在使用的过程中，人们一般会开展随时的检查工作，如果在检查的过程当中发现变频器的温度比较高，达到了报警温度的状况，那么就需要采取一些有效的措施进行处理。对于变频器而言，如果长期处在这样的一种高温环境下，那么会导致逆变器的工作性能受到严重的影响，从而出现电压波形畸变的情况，这种情况的存在，也会导致电机相间电流有着不平衡现象的存在。变频器出现温度升高，最主要的原因是冷却通风方面的效果不够理想，有这种情况的存在，一方面受到环境温度过高的影响，另外一方面也由于电气柜设计不合理所造成，因为设计结构的不合理，会使得冷却出风口的热风返回到冷却进风口的位置，从而导致冷却风道的温度会处在越来越高的状况下。

对这种问题的解决方法，首先需要提供一个合适的环境，对电气柜的布局进行全方位的改造工作，使变频器的冷却进风口和冷风出风口之间得到有效的隔离，确保冷却效果得到全方位的加强。只有变频器的温度得到有效的下降，才能够使得电机电流相间不平衡的现象得到全方位的消除。

3.2 直流母线电压脉动分析

在通常情况下，中间电路的直流母线电压脉动出现的原因最主要就是主电源缺相，如果出现熔断器烧断或者是整流桥内部故障的情况，也会导致直流母线电压脉动出现。如果直流电压的脉动是直流电的13%的时候，变频器就会出现自动保护性停车的状况。经过多次的检查，人们可以发现，变压器高压侧容易受到高次谐波的干扰从而出现烧保险的情况。一旦高次谐波的情况比较严重，电压波动为直流电压13%的时候，变频器就会出现自动保护性停车的情况，而这种现象完全是由于外部原因所引起的一些故障。

对这种问题的解决办法，首先应该在变频器的电源进线侧进行一台进线电抗器的家装，以此来使变频器的进线电源得到有效的净化。安装的供电质量是比较高的，因此在进行变频器生产的时候，在直流母线电压脉动的保护值设计方面会处在比较保守的状况下，实际上人们可以把13%的电压脉冲值调整到脉冲20%的状态，使直流电压脉动的保护范围得到有效的放宽，因为在这个时候，变频器的工作状况仍然比较可靠。这样的一种处理方式比较简单，但是不能够对问题进行彻底的解决，因为在一些状况下，依然会出现变频器保护性停机的情况。

4 结语

变频调速技术是一种比较成熟的交流电机无极调速技术，这种技术有非常独特的优良性能，够广泛在供水控制领域当中进行使用，从而使恒压供水技术获得有效的发展。在实际的系统中，能够把反馈实际压力和给定的压力进行有效的比较和分析，当管网的压力不够充足的时候，会主动对变频器输出频率进行增大，从而使水泵的转速得到有效的加快，最终迫使管网的压力得到上升。反过来，在操作的过程当中，就是要减小变频器的输出频率，使管网的压力得到有效的下降，确保水压始终能够保持在恒定的状况下。