变频器在高层建筑恒压供水系统中的应用管窥

覃毅

（南宁宇能物业服务有限责任公司广西南宁530000）

变频器在高层建筑恒压供水系统中的应用管窥

覃毅

（南宁宇能物业服务有限责任公司广西南宁530000）

近些年来，我国的水资源和电力资源短缺情况已经愈演愈烈，在许多方面的供水技术都十分落后，比如市政供水、工厂生产循环供水以及高层建筑供水等等。由于供水不足带来的一系列问题会在很大程度上影响城市的稳定发展和人们的正常生活，影响建设可持续发展型社会，也会在一定程度上影响经济效益。所以建立一个稳定有效的供水系统是十分必要的。本文对高层建筑恒压供水系统中变频器的控制机理和调速机理做以详细分析，希望能够发挥一些参考价值。

变频器；恒压供水；高层建筑

前言

随着人们生活水平的逐渐提高和社会经济的不断发展，人们对供水系统的要求也逐渐增多。现今，现代控制理论和电子技术发展迅速，变频器由于其良好的控制特性和驱动性能在恒压供水系统中得到了广泛的应用，能够根据用水量的变化来调节供水系统的运行参数，能够保证水压恒定，满足用户的用水需求，是比较合理的恒压供水系统。

1 绪论

1.1 变频器恒压供水系统的背景和意义

一般来说，为了保证城市中企业生产用水和居民生活用水，供水系统的水泵机组一直处于满载荷运行状态。但是由于多种因素的影响导致用水量在不同的情况或者时期是不同的，如果城市的用水量在一天内变化较大，而水泵机组一直处于满载荷状态，这样就会造成能源的消耗增加，浪费现象严重。所以，我们需要解决能源消耗问题，这样也能够节约一部分供水成本。如果城市供水不足，则会影响城市中企业的生产，也会影响到人们的日常生活，减缓了城市化进程。

1.2 在高层建筑恒压供水系统中应用变频器的目的

城市管网能够保证六层以下用户的用水需求，六层以上的供水就要通过提压才能满足用户用水需要。过去的高层建筑供水一般采用水塔或者高位水箱，还有气压罐式增压设备，但是这些手段都会增加水泵的轴功率，增大了能量损耗，而且投资高、占地面积大、维修困难、水泵易损坏，也不能保证水压的恒定。如果将供水系统中原有的水塔、高位水箱、气压罐等用变频器进行替换，则就成为了恒压供水系统，管网中的用水量发生变化时会导致出口压力的变化，利用变频器可以实现供水时管网出口压力不变，出口压力值是根据用户的实际需要确定的，恒压供水系统中的变频器能够对水泵电机进行调速，能够通过恒压供水系统中的检测系统对管网内的水压进行检测，然后反馈给供水系统对变频器进行调节，进而调节水泵的转速。恒压供水系统与过去传统的高层建筑供水方式相比，在稳定性、可靠性、经济性等方面都明显优于后者，是比较合理的供水系统。

1.3 变频器概述

变频器的适用范围十分广泛，使用变频器的主要目的有三个：①节能，使用变频技术的节电率高达20～30%；②提高生产效率，能够根据用水量的变化自动调节自身频率，不需要专门的调解人员，减少了劳动强度，便于维修，提高了生产效率；③能够提高供水的质量，也能够延长水泵的使用寿命。

1.4 变频器在供水系统中应用遇到的问题

（1）运行成本高，变频器价格昂贵，如果运用不得当会降低供水系统的性价比，供水系统不能有效利用变频器的功能，使用的仅仅是变频器其中一小部分的功能，也浪费了资金。

（2）能源浪费，传统的恒压供水系统往往会一直保持电机的工作状态，消耗电能高，不符合可持续发展的要求。普通供水方式在用水低峰期还保持运行状态，不能有效利用能源，造成了严重的浪费。

（3）污染问题，由于水箱和蓄水池的材料问题，使水源容易生长有害藻类，空气中的粉尘和细菌进入到水源中，容易滋生细菌，使水源遭到污染，影响用户的身体健康。

（4）恒压供水系统不能满足用户需求，有些供水系统采用的还是传统的水塔、高位水箱、气压罐等，启动时稳定性较差，容易出现供水压力不足的情况，容易造成生命财产安全事故。

（5）没有自主知识产权，大部分技术都是转化国外技术，供水产品也没有自主知识产权，也没有完善的行业标准。

2 变频器的理论基础

供水系统中，一般来说目标是流量。传统供水系统的电机驱动转速是固定的，管道内流量变化主要是通过控制阀的开度来控制的。用水量大时，水泵的效率在额定条件下是最高的，如果用水量减小就可以通过关小控制阀门来减小出水量，这种情况下水泵很容易出现超压现象，多余的能量会转化成热量被水带走。所以用控制阀来调节水流量会造成很大的能量损失。变频器的使用能够保持控制阀的开度不变，通过改变水泵电机的转速来改变流量，改变了水的动能，管网的压力保持不变。

变频器主要分为两大类：①“交-交”变频器；②“交-直-交”变频器。第一种变频器中间没有直流环节，可以直接将电网电压变为频率较低的电压，这种变频器效率较高、损耗小、能够实现能量反馈，缺点是成本高、控制困难、元件数量多，目前使用的较少。第二种变频器是由三个环节构成：①整流器将交流电能转化为直流电能，这个环节是可以控制的，也可以是不可控制的；②将有脉动的直流量变为平直的直流量，可以用电容对直流电压进行滤波，也可以用电感对直流电流进行滤波；③用逆变器将直流电变为交流电，将其直接供给负载，输出频率和电压与输入电源无关，均为交流量，逆变器也是变频器的核心，这种变频器元件少，频率调节范围宽、利用率较高。

3 变频恒压供水控制系统的设计方案

控制系统的控制对象模型不稳定，非线性时变，滞后。控制目标为供水管网的出水口水压，通过反馈将实际的供水压力值同预设的供水压力值相同，预设的供水压力值可以是常数，也可以是在不同时段内不同的常数。系统在运行时，供水压力高于设定值时会将压力值反馈到系统中进行比较，再将比较结果经过运算，运算得到的结果再传送到变频器处，变频器则根据计算结果调整频率，水泵的转速也有所调整，从而减小供水压力。供水压力低于设定值时则执行相反情。调节过程是循环进行的，目的是使实际水压与预设值相等。关于控制系统示意图，如图1所示。

图1

供水系统由水泵提供水流量，再将这些水流量通过管道输送给用户，用户使用水流量，供水系统的水流量一定要能够满足用户的需求。用户的用水流量与供水流量应该成正比，对于供水系统的有效进行也十分有益。供水系统的供需平衡采用的是压力控制，保持出水口的压力不变。如果供水流量与用水流量相等，出水口压力不变，如果供水流量大于用水流量，管道压力增大，如果供水流量小于用水流量，管道压力和出水口压力减小。如果要保持出口压力恒定，就要保证供水流量和用水流量相等，出水口压力增大时就要控制供水流量大于用水流量，出水口压力减小时就要控制供水流量小于用水流量。控制出水口的压力就是控制了系统的供水流量，对压力的控制其实也是对流量的控制，两者可以互相转化。

4 变频器在高层建筑恒压供水系统中的应用方案

在PLC控制系统中，变频器通常是借助与PLC的连接来实现对水泵电机出厂时压力点处压力变送器输送反馈信号，从而实现对恒压供水系统的闭环控制，与此同时为了对突发情况能够作出及时的反映，还可以通过人工控制的方式进行调节。在高层建筑恒压供水系统中借助变频器可以控制运行水泵的变频、工频变化，控制水泵机组数量的增减，同时还可以对系统发生的问题作出及时的预警，以确保系统的正常运行。

在高层建筑恒压供水系统中“一拖多”是常用的控制方案，该系统一般是借助PLC或计算机通过运算，来对系统出口压力是否符合设计值进行判定，从而实现对各泵的投入或撤出进行有效的控制。以三台泵为例对其进行分析，实际上当第一台泵开始进行变频供水时，当工作频率逐渐升高到最大值时，如果整个系统的出口压力未达到设计水压时，则第一台泵转为工频运行，此时可以通过变频柜启动第二台泵，但是如果还无法达到预设水压时，则第二台泵转为工频运行，可以通过变频柜启动第三台泵。当所需水量开始减少时，并且系统出口水压超过预设水压时，此时需要根据启泵顺序依次停止工频泵，该过程中要保持供水系统水压恒定。图2描述的是PLC控制变频恒压供水系统流程图。

图2 变频恒压供水控制系统流程图

该系统由变频调速器、PLC控制器、水位变送器、触摸屏显示器、交流接触器、压力变送器和其他泵组及电控设备等构成。压力变送器负责检测系统出口处的水压，而且蓄水池处还需要安装液位检测装置，并将检测到的结果传输至PLC模拟量输入模块。当液位检测信号发现水池水位未达到设定水位最低线时，则会发出报警信号，必要的时候话也会作出停机反应，以确保整个系统的正常运行。

5 总结

变频器在高层建筑恒压供水系统中的应用能够产生较好的效果，采用变频恒压供水系统能够提高用水质量，方便城市企业的生产和居民的日常生活，满足人们的用水需求，能够节约能源，相对于传统方式具有独特的优势。随着经济和技术的不断发展，人们对供水的要求也越来越高，国家对变频恒压供水技术也也大力的支持，所以，变频恒压供水的前景一片光明，也能够得到大力的发展。

[1]杨洪升.变频器在高层建筑恒压供水系统中的应用[J].工程经济，2015（3）：77～82.

[2]曹军峰.变频器在恒压供水中的常见问题及对策[J].电子制作，2015（1）：256.

TU821

A

1004-7344（2016）30-0238-02

2016-9-30

覃毅（1978-），男，助理工程师，大专，主要从事电气维修、操作、保养等工作。