一、采用變頻調(diào)速裝置的必要性
安陽市供水管網(wǎng)屬多水源供水管網(wǎng)，送水二級泵房受管網(wǎng)的影響較大，壓力和流量隨用戶用水量變化而變化。根據(jù)送水泵房原始資料分析，用水量最大時發(fā)生在每日上午10—11時和下午5—7時兩個時段，供水量最小發(fā)生在4—7時，時變化系數(shù)K時=1.2。為了滿足城市居民生活及工業(yè)用水，水廠在管理操作過程中，根據(jù)管網(wǎng)壓力和流量的變化，采用人工調(diào)節(jié)水泵運行臺數(shù)的方法來實現(xiàn)出廠水壓力的基本穩(wěn)定。該控制方法存在主要問題是由于單臺水泵調(diào)節(jié)幅度大，壓值時常高于或低于所需要壓力值。這種運行方式，不僅不能很好地保證服務(wù)壓力，而且能量浪費嚴(yán)重。為解決這一問題，我們曾采過切削水泵葉輪辦法和更換水泵機(jī)組的辦法，來達(dá)到穩(wěn)定服務(wù)壓力值的目的。然而，這些方法，經(jīng)實踐證明均達(dá)不到理想的效果，為此我們結(jié)合本單位實際，設(shè)計了變頻調(diào)速裝置。
在城市供水系統(tǒng)中，二級泵站的設(shè)計通常是按最大時用水量進(jìn)行考慮，這樣水泵在正常運行中，除短時的高峰期用水外，其余時間均長期處于你負(fù)荷運行狀態(tài)，經(jīng)常性的能量消耗極大。
根據(jù)我公司運行狀況分析，泵站的經(jīng)常運行費用占供水成本50%——70%，一九九五年千噸水耗電已達(dá)306，9KWH，全年總耗電量為2831.59萬KWH。因此，如何使二級泵站運行在最佳狀態(tài)，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。
二、安裝變頻調(diào)速裝置技術(shù)方案及控制原理
在對調(diào)查收集第一手技術(shù)資料分析的基礎(chǔ)上，采用進(jìn)口日本富士變頻調(diào)速裝置和PLC控制器，利用原有設(shè)備，經(jīng)過技術(shù)改造，組成一個恒壓變量供水，定值閉環(huán)控制系統(tǒng)。整個水泵機(jī)組6臺，電機(jī)均為75千瓦，水泵型號為10sh—9。其中3臺水泵采用變頻調(diào)速，別外3臺為恒速泵運行方式。3臺恒速泵為常開泵，其余3臺為變頻調(diào)速泵。當(dāng)用水量等于3臺泵總供水量時，由3臺恒速泵供水（通過查閱資料分析，第一水廠供水低谷時，最小流量均大于3臺泵供水量。）;當(dāng)實際用水量大于3臺泵總供水量時，壓力低于0.3Mpa時，變頻調(diào)速機(jī)組1號泵自動啟動，這時頻率、電流、流量由零逐步上升，倘若壓力增加到所設(shè)定水壓值（0.3 Mpa）時，變頻調(diào)速將保持相應(yīng)的頻率、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等運行狀態(tài)參數(shù);當(dāng)用水量繼續(xù)增加，出廠壓力下降，小于設(shè)定壓力值時，變頻調(diào)速1號水泵相應(yīng)頻率、流量、電流增加;當(dāng)用水量繼續(xù)增加到大于4臺泵供水量時，這時如果出廠水壓力小于設(shè)定壓力值，1號變頻泵轉(zhuǎn)入恒頻狀態(tài)，變頻調(diào)速裝置自動啟動2號泵，直至到達(dá)0.3 Mpa值時，保持相應(yīng)的頻率、電流等參數(shù);倘若用水量減少，出廠水壓力將增加，此時，2號水泵機(jī)組停止運行，2號水泵機(jī)組仍處于變頻調(diào)速狀態(tài)，隨用水量的增加或減少來穩(wěn)定出廠壓力。
在設(shè)備運行過程中，由于用水量的變化，隨之產(chǎn)生壓力的變化，其差值通過傳感器，將壓力信號傳給PLC控制調(diào)節(jié)器，經(jīng)過運算、比較、放大，一是將信號傳給變頻器（VVVF）控制輸出頻率，二是通過開關(guān)切換控制多臺泵組的起停，從而達(dá)到恒壓變量供水。該系統(tǒng)主要由壓力傳感器、PLC控制、開關(guān)切換組件（斷電保護(hù)、信號設(shè)備、開關(guān)等）、交流變頻器、電動機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控現(xiàn)場組成（詳見圖1）
該“變量恒壓供水系統(tǒng)”采用了微機(jī)控制的正弦波脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)和大功率晶體管（GTR）技術(shù)，是微電子技術(shù)和功率電子技術(shù)的結(jié)晶，特別是采用了PLC控制調(diào)節(jié)器控制數(shù)臺水泵軟啟動方式，消除了直接起動時電機(jī)電流對電網(wǎng)的沖擊和干擾，提高了工作效率和電機(jī)水泵的使用壽命。
系統(tǒng)軟件由主程序及各子程序組成，主程序是一循環(huán)程序，它是程序組織的主體，控制著變頻運行的全過程，從初始開始，對系統(tǒng)參數(shù)初始化進(jìn)入循環(huán)程序，周而復(fù)始的對整個過程運行情況逐一檢測，控制處理。
在程序控制中，設(shè)定水壓P值、頻率HZ值、清水池上限水位h1值及下限水位H2值。由傳感器傳來水壓PI值和水位HI值后，經(jīng)參數(shù)比較，若P1＜P值，而且經(jīng)變頻裝置將檢測各種參數(shù)正常后，啟動水泵1號機(jī)組，即N=0+1，并將其值輸入單元模數(shù)。若PI=P時，變頻裝置進(jìn)行自診斷，并保持相應(yīng)的頻率HZ、轉(zhuǎn)速ni、電壓Vi等參數(shù)。若頻率Hzi＜Hz所設(shè)定的頻率時，再檢查變送器傳來的壓力值是否小于設(shè)定壓力值，若小于時，再啟動2號機(jī)組，進(jìn)行調(diào)速，直至使壓力達(dá)到Pi=P值。然后繼續(xù)檢查頻率是否等于零，若等于零時，減少水泵機(jī)組1臺，然后檢查水位Hi是否大于或等于上限水位Hi，若大于或等于上限水位時，報警器報警，報警后重復(fù)運行。水位如果小于設(shè)定水位值H2（最低水位）。也同樣報警檢測，如上、下位均不越限時，重新自診斷和循環(huán)運行。周而復(fù)始進(jìn)行判斷、檢測、控制運行。
三、變頻調(diào)速裝置運行后的特點
應(yīng)用變頻調(diào)速裝置后，在操作方式上能夠自動和手動，自動時通過采集到的Pi值由PLC與VVVF相互控制，可達(dá)到變量恒壓的效果。
該變頻調(diào)速裝置具有診斷能力和自保能力，可省去人工開關(guān)閘門費工費時的缺點，自動運行靈活調(diào)節(jié)十分方便，其特點如下：
1、技術(shù)性能高，工作安全可靠，保護(hù)功能完善，具有故障自動診斷的功能，如欠壓、失速、過熱保護(hù)等。
2、頻率數(shù)字顯示，可直觀地實時顯示輸出變頻調(diào)速水泵運行頻率.轉(zhuǎn)速等.參數(shù)。
3、具有軟啟動和制動功能，能夠自動平穩(wěn)地加速和減速，減少對電網(wǎng)的沖擊，可省去一般電動機(jī)與起動裝置。
4、具有多種用途的外部接口端子，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的操作，并可實現(xiàn)壓力流量、速度等閉環(huán)控制和計算控制系統(tǒng)，實現(xiàn)水廠完善的自動化管理。
5、一臺變頻器帶多臺水泵，具有調(diào)節(jié)方便、性能等特點。
四、經(jīng)濟(jì)效益分析
變頻調(diào)速水泵投入運行后，其運行方式由一臺變頻器帶多臺水泵運行，方案本身大大減少了資金投入，在實際運行過程中，進(jìn)行了自動與手動（變頻調(diào)速與恒速）對比測試，由測試結(jié)果可知，在保持出廠壓力0.3Mpa時，年節(jié)電453585.5KWH。年節(jié)約電費13.6萬元，兩年即可回收全部費用。取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益
（轉(zhuǎn)載）
