中贏(yíng)小區變頻恒壓供水系統的節能理論,控制參數選擇及優(yōu)點(diǎn)

一、 小區變頻恒壓供水系統概述

      交流電機變頻調速技術(shù)是一項業(yè)已廣泛應用的節能技術(shù)。由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的性能有了極大提高，它可以實(shí)現控制設備軟啟軟停，不僅可以降低設備故障率，還可以大幅減少電耗，確保系統安全、穩定、長(cháng)周期運行。

      長(cháng)期以來(lái)區域的供水系統都是由市政管網(wǎng)經(jīng)過(guò)二次加壓和水塔或天面水池來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)對供水壓力的要求。在小區變頻恒壓供水系統中加壓泵通常是用最不利用水點(diǎn)的水壓要求來(lái)確定相應的揚程設計，然后泵組根據流量變化情況來(lái)選配，并確定水泵的運行方式。由于小區用水有著(zhù)季節和時(shí)段的明顯變化，日常供水運行控制就常采用水泵的運行方式調整加上出口閥開(kāi)度調節供水的水量水壓，大量能量因消耗在出口閥而浪費，而且存在著(zhù)水池“二次污染”的問(wèn)題。變頻調速技術(shù)在給水泵站上應用，成功地解決了能耗和污染的兩大難題。

二、 小區變頻恒壓供水系統變頻節能理論

１、交流電機變頻調速原理

交流電機轉速特性：n=60f（1-s）/p，其中n 為電機轉速，f為交流電頻率，s 為轉差率，p為極對數。

電機選定之后s 、p則為定值，電機轉速n和交流電頻率f 成正比，使用變頻器來(lái)改變交流電頻率，即可實(shí)現對電機變頻無(wú)級調速。

２、根據離心泵的負載工作原理可知：

流量與轉速成正比：Ｑ∝Ｎ

轉矩與轉速的平方成正比：Ｔ∝Ｎ２

功率與轉速的三次方成正比：Ｐ∝Ｎ３

而且變頻調速自身的能量損耗極低，在各種轉速下變頻器輸入功率幾乎等于電機軸功率，由此可知在使用變頻調速技術(shù)供水時(shí)，系統中流量變化與功率的關(guān)系：

Ｐ變＝Ｎ３Ｐ額＝Ｑ３Ｐ額

采用出口閥控制流量的方式，電機在工頻運行時(shí)，系統中流量變化與功率的關(guān)系：Ｐ閥＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ額

其中，Ｐ為功率

　　?。螢檗D速

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例如設定當前流量為水泵額定流量的６０％，則采用變頻調速時(shí)Ｐ變＝Ｑ３Ｐ額＝０.２１６Ｐ額，而采用閥門(mén)控制時(shí)Ｐ閥＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ額＝０.７６Ｐ額，節電＝（Ｐ閥-Ｐ變）／Ｐ閥＊１００％＝７１.６％。

流量% 100 90 80 70 60 50 

節電率% 0 22.5 41.8 61.5 71.6 82.1 

      由此可見(jiàn)從理論計算結果可以看到節能效果非常顯著(zhù)，而且在實(shí)際運行中小區變頻恒壓供水技術(shù)比傳統的加壓供水系統還有自動(dòng)控制恒壓、無(wú)污染等明顯優(yōu)勢。

      而且新型的小區變頻恒壓供水系統能自動(dòng)地控制一至多臺主泵和一臺休眠泵的運行。在管網(wǎng)用水量減少到單臺主泵流量的約1/6-1/8時(shí)，系統自動(dòng)停止主泵，啟動(dòng)小功率的休眠泵工作，保證系統小流量供水，解決小流量甚至零流量供水時(shí)大量電能的浪費問(wèn)題，從運行控制上進(jìn)一步節能。

三、 小區變頻恒壓供水系統及控制參數選擇

1、小區變頻恒壓供水系統組成

      小區變頻恒壓供水系統通常是由水池、離心泵（主泵+休眠泵）、壓力傳感器、PID調節器、變頻器（主泵+休眠泵）、管網(wǎng)組成（如圖1）。工作流程是利用設置在管網(wǎng)上的壓力傳感器將管網(wǎng)系統內因用水量的變化引起的水壓變化，及時(shí)將信號（4-20mA或0-10V）反饋PID調節器，PID調節器對比設定控制壓力進(jìn)行運算后給出相應的變頻指令，改變水泵的運行或轉速，使得管網(wǎng)的水壓與控制壓力一致。

2、變頻恒壓供水系統的參數選取

      （1）、合理選取壓力控制參數，實(shí)現系統低能耗恒壓供水。這個(gè)目的的實(shí)現關(guān)鍵就在于壓力控制參數的選取，通常管網(wǎng)壓力控制點(diǎn)的選擇有兩個(gè)：一個(gè)就是管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力恒壓控制，另一個(gè)就是泵出口壓力恒壓控制。兩者如何選擇。

      管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力恒定時(shí)，管網(wǎng)用水量由QMAX減少到Q1，水泵降低轉速，與用水管路特性曲線(xiàn)A（不變）相交于點(diǎn)C，水泵特性曲線(xiàn)下移，管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力H0。而泵出口壓力恒壓控制時(shí)，則Ha不變，用水量由QMAX減少到Q1與Ha交于B點(diǎn)，用水管路特性曲線(xiàn)A上移并通過(guò)B點(diǎn)，管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力變?yōu)镠b，Hb - H0的揚程差即為能量浪費，所以選擇管網(wǎng)最不利點(diǎn)的最小水頭為壓力控制參數，形成閉環(huán)壓力自控系統，使得水泵的轉速與PID調節器設定壓力相匹配，可以達到最大節能效果，而且實(shí)現了恒壓供水的目的。

      （2）、變頻器在投入運行后的調試是保證系統達到最佳運行狀態(tài)的必要手段。變頻器根據負載的轉動(dòng)慣量的大小，在啟動(dòng)和停止電機時(shí)所需的時(shí)間不相同，設定時(shí)間過(guò)短會(huì )導致變頻器在加速時(shí)過(guò)電流、在減速時(shí)過(guò)電壓保護；設定時(shí)間過(guò)

長(cháng)會(huì )導致變頻器在調速運行時(shí)使系統變得調節緩慢，反應遲滯，應變能力差，系統易處在短期不穩定狀態(tài)中。

      為了變頻器不跳閘保護，現場(chǎng)使用當中的許多變頻器加減速時(shí)間的設置過(guò)長(cháng)，它所帶來(lái)的問(wèn)題很容易被設備外表的正常而掩蓋，但是變頻器達不到最佳運行狀態(tài)。所以現場(chǎng)使用時(shí)要根據所驅動(dòng)的負載性質(zhì)不同，測試出負載的允許最短加減速時(shí)間，進(jìn)行設定。對于水泵電機，加減速時(shí)間的選擇在0.2-20秒之間。

四、 小區變頻恒壓供水系統的優(yōu)點(diǎn)

      相對與傳統的加壓供水方式，變頻恒壓供水系統的優(yōu)點(diǎn)突出的體現在以下幾個(gè)方面：

１、高效節能

      變頻恒壓供水系統的最顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)就是節約電能，節能量通常在10-40%。從單臺水泵的節能來(lái)看，流量越小，節能量越大。

２、恒壓供水

      變頻恒壓供水系統實(shí)現了系統供水壓力穩定而流量可在大范圍內連續變化，從而可以保證用戶(hù)任何時(shí)候的用水壓力，不會(huì )出現在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況。

３、安全衛生

      系統實(shí)行閉環(huán)供水后，用戶(hù)的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。

４、自動(dòng)運行、管理簡(jiǎn)便

      新型的小區變頻恒壓供水系統具備了過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、欠相、短路保護、瞬時(shí)停電保護、過(guò)載、失速保護、低液位保護、主泵定時(shí)輪換控制、密碼設定等功能，功能完善，全自動(dòng)控制，自動(dòng)運行，泵房不設崗位，只需派人定期檢查、保養。

５、延長(cháng)設備壽命、保護電網(wǎng)穩定

      使用變頻器后，機泵的轉速不再是長(cháng)期維持額定轉速運行，減少了機械磨損，降低了機泵故障率，而且主泵定時(shí)輪換控制功能自動(dòng)定時(shí)輪換主泵運行，保證各泵磨損均勻且不銹死，延長(cháng)了機泵使用壽命。變頻器的無(wú)級調速運行，實(shí)現了機泵軟啟動(dòng)，避免了電機開(kāi)停時(shí)的大電流對電機線(xiàn)圈和電網(wǎng)的沖擊，消除了水泵的水錘效應。

６、占地少、投資回收期短

      新型的小區變頻恒壓供水系統采用水池上直接安裝立式泵，控制間只要安放一到兩個(gè)控制柜，體積很小，整個(gè)系統占地就非常小，可以節省投資。另外不用水塔或天面水池、控制間不設專(zhuān)人管理、設備故障率極低等方面都實(shí)現了進(jìn)一步減少投資，運行管理費低的特點(diǎn)，再加上變頻供水的節能優(yōu)點(diǎn)，都決定了小區變頻恒壓供水系統的投資回收期短，一般約2年。