变频器在水厂恒压供水方面的应用分析

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　　摘要：随着社会的进步，作为国民经济基础产业，供水产业得到越来越多的重视，而变频器是供水系统中最基础的也是最重要的环节。本文主要探讨了变频器在水厂恒压供水方面的应用，并深入地研究了变频器在恒压供水方面的基本原理。
　　关键字：变频器技术，水厂，恒压，供水，应用，分析
　　目前，居民生活用水和工业用水增长幅度日益加大，传统的供水方式已经不能满足要求．现今，变频恒压供水是通过改变水泵电机的供电频率，凋节水泵转速，控制实际供水压力与设定压力一致，保证在用水量变化时供水量也随之变化，实现供水量与用水量的匹配，降低能源消耗和资源浪费。
　　一、变频调速系统基本原理
　　传统的系统通过交流变频器为电机提供频率可变的电源，实现电机的无级调速从而使管网水压连续变化。压力传感器的任务是检测管网水压，用户可以通过PLC实现需要的压力设定值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算．输出给变频器一个转速控制信号。一般的恒压供水设备控制1--3台水泵1--2台工作，1台备用。在这些水泵中．一般只安装一台变频设备。当供水设备开始工作时先起动变频器驱动的泵．管网水压达到设定值时，变频器的输出频率就稳定在某一数值上；反之，当用水量减少．变频器的输出频率达到最小值时，则发出减少一台工频电机的命令。由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器给出的所以对可编程控制器来讲．既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输入／输出接口的可编程控制器价格很高，这就增加了供水设备的成本。如果采用一个带有多泵控制功能的变频器并具有PID调节功能，则可以大幅降低设备投资成本．同时还可以简化继电控制回路。
　　二、变频器在水厂加压站的应用
　　（一）控制原理
　　控制原理如图1所示，变频器、压力变送器及给定构成了个稳定的闭环系统。通过给定电位器由用户确定供水管压力，系统根据给定压力与反馈压力的偏差进行PID运算和DTC控制运算，变频器输出不同电压及频率的电源驱动水泵电机，通过改变水泵的流量来达到保证供水管压力恒定的目的。
　　
　　图1系统原理图
　　（二）系统接线原理
　　图2为整个变频控制柜接线原理图。控制柜安装在加压泵房的电气室内，压力变选器安装在出口管的肓板侧。
　　
　　图2变频控制柜接线原理图
　　（三）变频供水系统运行状态
　　变频供水系统运行状态整个系统投入运行以后，达到了系统自动控制、节能运行的目的，但也出现了几个方面的问题。
　　1.安全生产
　　系统能稳定地控制供水总管的压力。虎丘加压站的现供水能力满足当前实际用水量要求，变频器通过调节水泵电机转速，实现用户侧需要多少水，水泵就提供多少水，达到供给的动态平衡，既保证了管网的安全，又减少了操作人员的劳动强度和换泵的繁琐程序。
　　系统具有完善的保护功能，如接地、过载、过压、缺相等保护功能，能保证系统安伞可靠运行。
　　2.节能运行
　　根据水泵的流量特性，水泵电机的转速(N)、水泵电机功率(P)，水泵的流量(Q)、水泵的扬程(H)有如下关系：Q1／Q2=N1/N2，H1/H2=(N1/N2)2,P1/P2=(N1/N2)3由此可知：电机功率与水泵转速成正比，如水泵转速下降10％，则电机的功率可下降27％。
　　加压站用户侧的水量是不断变化的，当需水量处于波谷期时，变频器通过降低水泵电机转速带来的节能益是很可观的。ABB变频器具有的软启动及平滑停车功能，限制并降低了电机的启动和停车电流，使电机平滑启动和停车，减少了大电流对电机绕组的冲击，减少了电机突然启动和停止对水泵的冲击，对电机和水泵起了保护作用，延长了电机和水泵的使用寿命，同时减少对管道、阀门的冲击和磨损，延长了管道和阀门的使用寿命，减少了设备的维护量。
　　（四）系统出现的问题及解决方案
　　1.电流相间不平衡分析
　　电机电流相间不平衡主要出现在系统启动的过程中，经观察，相间电流相差在几十到一百安培之间，而这时的变频器工作正常。如果变频器长期在这样的高温环境下工作，将严重影响逆变器的工作性能而产生电压波形的畸变，最终使电机相间电流出现不平衡现象。而变频器温升的主要原因是冷却通风效果不好：是环境温度过高；二是电气柜的设计不合理，使冷却出风口的热风又返回冷却进风口，造成冷却风道的温度越来越高。解决的办法：提供空调环境，对电气柜的布局进行改造，使变频器冷却进风口和冷风出风口隔离，加强其冷却效果，只要变频器的温度降下来，电机电流相间不平衡的现象就会消除。
　　2.直流母线电压脉动分析
　　通常，中间电路直流母线电压脉动的出现原因可能是主电源缺相，一个熔断器烧断或是整流桥内部发生故障。解决办法：在变频器的电源进线侧加装一台进线电抗器来净化变频器的进线电源。这是一种简单经济的解决办法，但不能彻底解决问题，一旦高次谐波严重，进线电源波形失真，将使直流母线电压脉动达到直流电压的20％，变频器仍会保护性停机。
　　三、结束语
　　总之，变频器在供水系统中应用广泛，只有熟悉详细的供水过程和掌握变频器的技术原理。才能更好的保证供水质量和经济利益。