變頻器在高層民用建筑給水泵房中的應用

吳紅梅,邢廣旭,侯云璐（大連市自來水集團設計有限公司，遼寧大連，116600）

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變頻器在高層民用建筑給水泵房中的應用

吳紅梅,邢廣旭,侯云璐
（大連市自來水集團設計有限公司，遼寧大連，116600）

摘要：隨著城市用地的緊張，小區(qū)高層建筑越來越多，高層建筑的給水設計就愈加顯得重要。給水一旦失去控制，必然給居民的生活和工作帶來很大的麻煩，甚至造成財產(chǎn)損失。因此，必須嚴格按照國家規(guī)范規(guī)程做好民用建筑給水泵房的供電及電氣控制設計工作。

關鍵詞：變頻器；高層；給水泵房；應用

近幾年，變頻恒壓技術(shù)已經(jīng)成熟的應用于城市供水中。它與傳統(tǒng)的供水方式相比具有高效，節(jié)能，電機運行平穩(wěn)，供水穩(wěn)定等優(yōu)勢。

1　變頻器的節(jié)電原理

1.1降低電機轉(zhuǎn)速提高節(jié)能效果

由電機學原理得知，電機轉(zhuǎn)速與供電頻率的關系如下：

n—轉(zhuǎn)速f—頻率p—極對數(shù)s—轉(zhuǎn)差率

由上可知，電動機的轉(zhuǎn)速與供電頻率成正比,當定子的供電頻率發(fā)生改變的時候，電動機的轉(zhuǎn)速也成比例的跟著變化。

由流體力學原理可知，流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，軸功率P功與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當極對數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s不變時，它們之間的關系如下：

由上可知，當電機交流電的頻率改變時，電機的功率以及流體流量都會隨之改變而改變，所以，當電機的轉(zhuǎn)速降低時，電機軸輸出的功率會以3次方的關系下降，由此可見當采用變頻方式節(jié)能時，會產(chǎn)生明顯的效果。

1.2動態(tài)跟蹤節(jié)能

變頻器可跟隨負載的變化，迅速調(diào)整頻率，以供給最大效率的電壓，使電機始終保持高效率運行。

2　負荷等級及供電

2.1負荷等級

根據(jù)《JGJ/T16-2008》第3.2.6規(guī)定，高層住宅的生活水泵不低于二級負荷。

2.2供電

生活泵房的供電線路要求，當電力變壓器發(fā)生故障或線路故障時不至于中斷供電（或中斷后能快速恢復）。設計中一般要求建筑開發(fā)商預留380V/220V專用線路，由變配電室低壓柜引入泵房配電柜或配電箱。

3　電氣控制方式及原理

3.1控制方式

給水泵的電氣控制采用變頻恒壓控制。和傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)相比，它有供水質(zhì)量高、靈活性強、電機起制動平穩(wěn)和節(jié)能等優(yōu)點。目前變頻恒壓控制成為城市供水的主要方式。

3.2控制原理

其工作原理是：當用水量變化時，管內(nèi)的壓力也會隨之改變，安裝在出水總管上的壓力傳感器可以測定水管內(nèi)的實際壓力值，并將該壓力信號轉(zhuǎn)化成4-20mA的標準電信號，傳輸?shù)絇LC，與預先設定的壓力值進行比較，得出調(diào)節(jié)參數(shù)，送入變頻調(diào)速器，進而調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)水泵供水壓力的自動控制，保障供水量隨用水量的變化而變化，使得供水管道內(nèi)的壓力保持不變，滿足人們?nèi)粘Ｓ盟囊?。除此之外還在進、出水總管上安裝電接點壓力表，在進水無水、出水超壓的情況下，電接點壓力表輸出開關量信號到PLC的輸入接點，該信號與變頻器設定的極限壓力信號進行比較，進而控制泵的切除，對泵起到保護作用。

圖1　系統(tǒng)組成圖

4　變頻器在二次加壓生活泵房的應用

4.1工藝控制要求

某小區(qū)二次加壓泵房新設4臺泵(中區(qū)2*22kW+高區(qū)2*30kw)，各加壓分區(qū)電動機分別采用一用一備方式運行，變頻控制柜均為一用一備型。

電源由建設單位根據(jù)負荷等級以相應供電方式引入泵房內(nèi)低壓配電柜

4.2硬件組成

在系統(tǒng)設計階段，考慮到可靠性要求比較高，一般選用西門子公司的產(chǎn)品。

控制裝置PLC包含以下幾個模塊：CPU 模塊為 1747-L532。電源模塊為 1746- P2，可提供直流電 24V。數(shù)字量輸入模塊為1746- IB16，每個模塊包含 16 個數(shù)字量輸入。數(shù)字量輸出模塊為 1746-OW16，每個模塊包含16個數(shù)字輸出量，采用繼電器輸出，電壓范圍為直流 24V或者交流220V。模擬量輸入模塊為 1746- NI8，包含8個模擬輸入量，輸入范圍在-20到+20mA之間。模擬量輸出模塊為 1746- NO4I，包含4個模擬輸出量，輸出量程為 0到20mA。

4.3壓力傳感器和電接點壓力表

變頻控制柜采用雙壓力設定方式,根據(jù)總出水管壓力調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速達到恒壓供水，并通過進出水的電接點壓力表，在來水無水和出水超壓情況下保護停泵。

本系統(tǒng)選用SYB-100壓力傳感器，檢測范圍為0～1.6MPa；YX-150C電接點壓力表，檢測范圍為0～1.6MPa。

壓力傳感器安裝在壓力水柜上，將接收到的壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺撔盘杺鬏數(shù)竭h程監(jiān)控系統(tǒng)，在調(diào)度室可以監(jiān)視進水壓力的變化。

在出水總管上也安裝壓力傳感器，將檢測到的水壓信號傳輸?shù)阶冾l器的模擬量輸入端，跟變頻器設定的標準壓力值進行比較，進而調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。

在進水壓力水柜以及出水總管上分別安裝電接點壓力表，電接點壓力表將檢測到的壓力信號傳輸?shù)阶冾l器的數(shù)字量輸入端，在來水無壓和出水超壓的情況下對泵進行切除，從而對泵進行保護。

4.4本系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于小區(qū)二次加壓泵房，并取得了良好的效果

（1）使用變頻器后,電機的運行電流、溫度明顯下降，減少了機械磨損，使電機的壽命延長。

（2）采用閉環(huán)控制，采用自動化控制儀表實現(xiàn)了自動調(diào)節(jié)的功能，能夠及時反饋水壓的變化值，并進行調(diào)整，保證了供水壓力的穩(wěn)定。

5　優(yōu)點

（1）節(jié)能高效。

該系統(tǒng)通過變頻器的運行，可根據(jù)管網(wǎng)中供水壓力的變化自動調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速和頻率以及泵的切除，使管網(wǎng)中的壓力始終保持在一定范圍內(nèi)，避免用水量低谷時對電能的浪費。

（2）供水壓力恒定。

變頻調(diào)速可以保持管網(wǎng)壓力恒定，壓力變化在 0.01MPa 以內(nèi)。

（3）無人值守，操作簡單。

該系統(tǒng)可實現(xiàn)無人值守。故障時可以自動保護并發(fā)出報警信號。故障信號通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)被傳輸?shù)秸{(diào)度室，工作人員可在調(diào)度室進行監(jiān)視并操作，保障了供水的安全性。

參考文獻

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[5]陳伯時.自動控制系統(tǒng).機械工業(yè)出版社,1987

The application of inverter in water supply stations in high-rise buildings

Wu Hongmei,Xing Guangxu,Hou Yunlu
（Dalian tap water group design Co., Ltd.，Dalian Liaoning,116600）

Abstract：With the urban land tension, more and more high-rise buildings,high-rise building water supply design is even more important.Once the water supply is out of control,it is bound to bring a lot of trouble to the people's life and work,and even cause property damage.Therefore,must do the water supply pumping station civil construction in strict accordance with the national standards and rules of power supply and electrical control design.

Keywords：inverter;high water pump;application