1、对变频恒压给水泵站电气设计的探讨摘要：本文首先对变频恒压给水系统的组成进行总结，从节能因素、生产工艺因素、占地面积因素、智能因素、软启、软停因素等各个方面对变频方案进行分析，从负载特性、运行模式以及容量确定三个方面对变频器的选择进行研究，对变频器内部故障保护进行探讨，又按照相关规范，提出消防应急要求，以期对于变频恒压给水泵站电气设计水平的提高，起到一定的促进作用。 关键词：变频恒压；给水泵站；电气设计；节能高效 中图分类号：TV 文献标识码： A 文章编号： 1、引言 恒压给水泵站是以水泵电动机无极调速，根据用水量的随时变化，进行运行参数的自动调节，即使供水管网水压发生变化时，确保水压保持恒定
2、，以满足用水要求，这是当今最为科学、合理的供水系统，变频恒压给水泵站电气和传统的供水方式相比，不仅是在经济性，还是稳定性方面都有所提升，而且节能效果良好，因此被广泛应用。本文对变频恒压给水泵站电气设计进行探讨，不足之处，敬请指正。 2、变频恒压给水系统的组成 变频恒压给水系统一般包括生产、生活以及消防公用调节水池、加压水泵以及给水管网等，本给水泵站采用的是一台变频器和一台加压水泵电机进行联合合作的模式，按照泵站出口压力的信号，对加压水泵电机的启动、停止、变频、切换、增减运行泵数量以及恒压要求等进行控制。目前，变频器恒压供水系统除了包括变频器、水泵以及动力控制线路之外，还有许多调节器和传感器，比
3、如 PID 调节器和液压传感器等，其中变频器才是系统的关键部分。 系统通过压力传感器，对水管出水管口压力进行监控，然后将信号转变成 420mA 的标准信号，然后传送给 PID 调节器，经过计算并且与给定压力参数进行对比，将校正参数传送给变频器，然后由变频器对水泵的转速进行控制，以期达到调节系统的供水量的目的，确保供水系统管网压力恒定在以固定数值上。如果供水负载发生变化，将把变化的信号传给 PID 调节器，调节器负责调控变频器的频率，实现水泵转速的调节，以及闭环控制系统的控制。如果变频器和 PID 调节合二为一，就不必选用外置的 PID 调节器。那么当用水量超标时，可以通过 PID 控制器和水泵
4、，按照用水量的大小对继电控制线路进行调节，或者 PLC 控制工作水泵数量，以及实现水泵调速，确保供水恒压。 3、变频方案 3.1 节能因素 变频恒压给水泵站的电机容量往往较大，而且其中一部分连续运行，采用变频调速系统能够使得给水泵站长期运行在高效状态。据数据调查显示，如果变频器和水泵电站是采取 1 控 1 的方案时，可以节省点能20%60%，本工程设计时就是为了考虑前期投资的限制，采用了 1 个变频器和 1 个水泵电机的控制方案，因此节电率也倍受限制。以上这两种方案的节电效果是有一定差别的，需要进行技术经济分析和比较才能确定。3.2 生产工艺因素 生产用水对于水压的浮动是有一定要求的，不能超出
5、上下限之外，确保设备不受水压影响，因此必须采用恒压供水。 3.3 占地面积因素 在一定程度上，可以节省高位水箱和稳压罐等供水设备的占地面积。3.4 智能因素 变频器方面设置通讯输出接口，可以便捷的进行智能化升级需求，完成无人值守。 3.5 软启、软停因素 变频器的软启和软停功能，在一定程度上降低了启动电流对于电机本身和供电系统的影响，除此之外还消除了水锤效应，避免管网冲击现象，确保管网压力不超出限制，以及管道和设备等受到损害。 4、变频器的选择 4.1 负载特性 泵类负载属于一种平方转矩的负载，可以选择 V / f 模式通用变频器，或者选用水泵专用变频器，其中还有变频器内置多泵控制器，无需另外
6、添置 PLC 器件编程控制。因此，本工程选用内置有多泵控制器的水泵专用变频器，采取 1 个变频器和 1 台水泵电机的控制模式。 4.2 运行模式 变频器可以对多台水泵电机进行启动、运行等各种模式的控制，比较常见的有，先启动后停止、先启动先停止、各泵以此循环启动以及按照泵的运行时间进行自动切换等，变频器仅仅控制一台泵，按照变频器输出功率对其他泵的启动和停止进行实时控制。为了控制方便准确，本工程选用的一对一的模式进行控制。在进行变频/工频的切换环节，需要一个短暂的延时，当电机反电动势下降之后进行工频电源的运行，防止冲击电流。 4.3 容量确定 本工程泵站还需要一定的消防功能，按照相关规范，消防水泵
7、电机应该在一定的过载范围内，然而变频器过载能力有限，比如说一个变频器在 110%额定电流下可以不间断运行 1min，间隔时间为 5min；另外一个变频器在 150%额定电流下可以不间断运行 1min，在 180%额定电流下运行3s。因此，在对变频器进行选择时，尽量选择容量比水泵电机大一级的变频器，确保不要因为变频器过载而导致消防事故。 除此之外，变频器的选择还需要考虑额定功率，而不能仅仅看变频器的可配用电动机功率；另一方面还需要考虑海拔高度、温度等对变频器的降容问题，需要一个环境校正因子。 5、变频器内部故障保护 变频器本身含有过电压、欠电压、过温以及短路等保护功能，基本满足变频器以及控制设备
8、的保护条件，在一般情况下如果变频器持续不间断的对输出电流进行检测，会在发生过载和短路等原因导致的大电流时启动保护功能，停止变频器的输出，并且及时切断电源和负载之间的联系。然而，一旦变频器内部发生故障，而变频器自身又无法及时切断输出电流，那么需要在配电线路上进行过负荷和短路的保护装置的设置，以便及时切断变频器和电源的关联，避免发生事故。 然而，需要注意的是，许多工作人员习惯选择塑料壳的断路器作为变频器的过负荷和短路保护设备，因此而忽略了不同型号变频器产品的要求有所不同。本文对变频器相关资料进行调查，发现许多变频器明确要求采用断路器进行保护，而有的需要普通熔断器进行保护，还有的要求采用快速熔断器进
9、行保护。因此，在进行变频器内部故障保护装置的选用时，一定要按照产品资料的要求进行选配，如果厂家无具体要求，可以先跟厂家进行沟通，要么选择快速熔断器进行快速保护，要么综合考虑进行合理选配，以避免发生事故。 6、消防应急要求 6.1 过负荷保护 按照低压配电设计规范中的有关规定，忽然断电比过负荷导致的损失会更大，过负荷保护应当作用在信号，而非切断电路。由于各泵具备消防职能，因此各电机的主回路进行热继电器的设置，当发生过负荷时，仅仅动作于声光报警，而不切断电路。如果 1 台变频器仅仅对 1台电机进行控制，那么电机主回路不需要热继电器，利用变频器自带保护功能即可。 6.2 消防巡检 变频器控制运行模式
10、为各个泵依次循环启动，按照泵的运行时间进行自动切换，工作泵和备用泵不是固定的，可以进行依次轮换启动，可以有效避免因为长期不使用备用泵而发生锈死现象，以此提高了综合利用效率。 6.3 双电源自动切换 自变配电引起的两路符合二级负荷的要求的电源，可以在泵站电源箱内进行自动切换。 6.4 应急旁路启动 （1）为了避免变频器发生故障时，而对消防、生产以及生活用水产生不利的影响，因此要在各泵电站进行应急旁路启动功能的设置，按照一定的规范要求，在泵房值班室、水泵电机旁以及消防控制室进行应急旁路启动按钮的设置，按下按钮后，经过短暂的延时后可以接通水泵电机的工频电源。 （2） 通用用电设备配电设计规范对电机启
11、动方式进行详细规定，首先是启动转矩的要求，由于水泵启动阻力矩不大，往往是额定阻力矩的 30%，也就是电机启动转矩不小于额定转矩的 30%；星三角启动转矩则33%，自耦降压启动转矩为 k2 倍，K 一般为 0.65。因此在进行选择时就不必选择星三角启动，可以选择全压启动或者自耦降压的启动方式。 6.5 消火栓内的消防泵启动按钮 临时高压给水系统中需要在消火栓内部进行消防泵启动按钮的设置，确保消防用水水压和流量符合相关规定。然而，本工程为常高压供水系统，按照相关的设定规定，要确保室内给水系统的压力和流量要求。如果不需要设置消防水泵启动按钮，也可以进行手动报警按钮的设置。 7、结语 在生产、生活以及
12、消防等各个方面，变频恒压给水泵站能发挥出各种复杂重叠的功能，有着广泛的影响范围。因此在进行变频恒压给水泵站进行电气设计时，需要对变频控制的不同特点，对其控制潜能进行挖掘，发挥出节能高效的目的的同时，也要做到符合相关电气工程的规范和要求。 参考文献 1 宫周鼎.电气设计中的节能措施J. 智能建筑电气技术. 2010(01) 2 麻慧凤.变频器在企业恒压供水系统中的节能J. 水利科技与经济. 2009(06) 3 戴芦英,李海洪.变频器主调、软启动器后备的恒压供水控制系统的应用J. 江西水利科技. 2008(02) 4 王德荣.房间空调器的变频控制J. 暖通空调. 2009(02) 5 王俊,丁光黔.变频器在制砖系统摆渡车中的应用J. 砖瓦世界. 2008(06)
