变频恒压供水控制方案比选及控制原理

王相峰 / 蒋佃刚(. 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海 0009； . 中国建筑设计院有限公司，北京 00044)

变频恒压供水控制方案比选及控制原理

王相峰1/ 蒋佃刚2
(1. 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海 200092； 2. 中国建筑设计院有限公司，北京 100044)

以某酒店变频恒压供水系统为例，对其控制方案进行了比较，并就变频水泵的控制原理做简要介绍。

变频水泵 恒压 控制原理 变频器 数字集成全变频

1 项目概况

该项目为安徽黄山某五星级酒店，共26层，属一类高层。1～4层为裙房，是酒店娱乐配套服务区域，5～26层为客房区，共有各类客房465间。生活用水采用变频泵分区恒压供水，共设有5套变频供水泵组(均为两用一备，共15台泵)。

2 传统做法及存在的问题

在变频生活泵组供配电设计中，因为变频泵组的控制柜一般均由水泵厂家配套提供，电气设计师不需要探究控制柜的具体配置、控制原理以及是否能满足用户供水安全的要求。

图1 单变频控制方案接线图

以往变频生活泵组的控制方案普遍采用如图1所示的单变频控制方案(方案一)，绝大部分住宅小区均是这样配置。在方案一中，采用1台变频装置控制3台生活水泵，既能满足供水压力和流量的要求，又节约投资。

图2是恒压变频供水系统中，各种工况下水泵的运行曲线。曲线Ⅰ为工频泵运行的Q―H曲线，曲线Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ为变频泵运行的Q―H曲线，分别对应于水泵在F1、F2、F3频率时的运行特性。Q—H曲线不止一条，而是一簇曲线，分别对应不同的频率。图2中曲线Ⅴ是管网流量为Q2时，工频泵、变频泵并联运行时的Q―H曲线，是工频泵运行曲线与某一频率下的变频泵运行曲线的合成；曲线Ⅵ为管网特性曲线。Q1为一台工频泵运行时的流量，A为工频运行工况点；Q3为变频泵运行时的流量，C为变频泵F2频率下运行工况点。

图2 恒压变频供水系统水泵运行曲线

当管网中供水流量

在变频恒压供水系统中，水泵通常有2种工作模式：一是变频泵固定方式，二是变频循环启动工作方式。在变频泵固定方式中，各并联水泵是按水流量的需求运行，而工频水泵则是自动投入或退出。因为变频泵随用水流量变化会始终处于运行状态，因此变频泵的运行时间最长，各泵磨损程度差异很大。为了均衡各水泵的运行时间，系统也可以采用变频泵定时轮换运行方式，即当某一台变频泵运行一定时间后，由变频控制器控制变频泵自动轮换运行。

图1所示的单变频控制方案投资较低，控制逻辑比较简单，但是供水的可靠性较差。根据变频器工作原理，运行中如果在变频器的输出端进行切换，会使变频器中的某些电子器件受到大电流冲击，影响其使用寿命，需要变频循环软启动运行或变频泵自动轮换时，在变频器的输出端进行切换，且为了保护变频器，切换要在变频器停止运行的情况下进行。另外，在变频器故障或水泵轮换运行的瞬间，供水系统水流会短时中断，但基本不影响对用户的供水。

3 方案比选

从酒店运营角度来看，高档酒店中客房及厨房生活用水的中断属于大事故。为进一步提高酒店生活用水的可靠性，变频供水设备厂家在项目设计过程中，通过与酒店管理公司多次协商，提出了3泵3变频器的方案(方案二)，即全变频控制方案。水泵控制采用智能化水泵专用变频器，并采用数字集成技术，将变频调速与PID控制技术集成一体。在全变频控制恒压供水设备中，各台变频器之间通过CAN总线互相通信。变频器根据系统流量变化，自动调节水泵转速，并自动完成各泵的功率均衡，并可以通过外设自动控制显示屏完成人机对话，比PLC控制更具灵活性，此方案供水的可靠性高。酒店为水泵组设有5组变频器，共15台生活泵，需要设置15台专用变频器，但最终由于专用变频器价格较高，投资远超预算，此方案被否决。经过多轮经济技术比较，最终选择了另一方案——双变频控制方式(方案三)。图3～4为双变频控制方案的一次、二次接线图。

图3 双变频控制方案一次接线图

图4 双变频控制方案二次接线图

变频供水泵组采用PLC控制，水泵的运行特性如图2，在此不再赘述。在方案三中，采用两台变频器分别控制一台变频泵，互为备用。当一套变频给水装置故障时，另一套可以正常运行；当工频泵故障时，可以使两套变频水泵中的一套运行在工频状态，提高酒店供水的可靠性。

如图3～4所示，双变频控制给水系统运行工况：当水量

PLC控制器的X1～X4输入端口分别与2台变频器相连，输入变频器的相关运行状态。X5～X10输入端口为3台泵的运行状态输入口，X11、X12、X18、X19为供水系统管网状态输入端口，PLC通过这4个端口可以实时掌握管网状态，并通过通讯模块显示在显示屏上。PLC的Y6～Y10为设备状态信号输出端口，通过灯光显示水泵及变频器的状态，设备状态信息同时显示在显示屏上。

通过总结酒店的运营经验，酒店供水系统大约20%的时间运行在高峰期，这段时间需要工频泵和变频泵并联运行，其余时间1台变频泵运行即可满足用水要求。通过设定，PLC可以累积水泵运行时间，并定时轮换2台变频水泵工作。这样，每台变频泵全天约运行50%的时间，工频泵运行20%的时间。这种控制方式在不频繁切换导致变频器受损的前提下，能较好地解决水泵均衡磨损问题。变频器选用ATV61型，带有自动睡眠功能，当水泵运行在图2中曲线Ⅳ与H轴的交点时，此时管网水流量为0，变频器可以自动停泵，以利于节能。

4 结束语

比较这三种方案，单纯从技术方面来说，方案二的全变频控制系统在供水稳定性、控制灵活性方面最优，但当前专用变频器市场价格较高，其经济性略差。而对于本项目来说，双变频控制方案与方案一比较，提高了酒店的供水可靠性；与方案二比较，供水可靠性基本相当，控制灵活性略差，但与酒店投资水平契合。综合考虑，双变频控制方案是适合本工程要求的方案。

[1] CECS 393：2015数字集成全变频控制恒压供水设备应用技术规程[S].北京：中国计划出版社，2015.

[2] 16S111. 变频调速供水设备选用与安装[S]. 北京：中国计划出版社，2016.

[3] 上海熊猫机械(集团)有限公司，《水泵配套控制箱控制方案》.

ControlSchemesComparisonandControlPrincipleofVariableFrequencyConstantPressureWaterSupplySystem

Wang Xiangfeng / Jiang Diangang

Taking the variable frequency constant pressure water supply system in a hotel as an example, the control schemes are compared, and the control principle of variable frequency pumps are introduced briefly.

variable speed pump, constant pressure, the control principle, variable frequency drive, digital integrated full variable frequency