武 逸 冰

(山西太水市政工程有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對水的需求量也越來越高，特別是在城市不斷發(fā)展的過程中，城市的擴張對供水也提出了更高的要求。在城市擴張的過程中，會出現(xiàn)一些郊區(qū)的擴張和建設(shè)，這個地區(qū)一般會處在供水管網(wǎng)的末梢，并且生產(chǎn)生活方面的用水量變化比較快，因此對供水的安全性和穩(wěn)定性提出了更高的要求，同時在供水的連續(xù)性方面也難以得到有效的保證。對傳統(tǒng)的加壓方式來說，水質(zhì)容易受到嚴重的污染，同時基建投資比較多，會導(dǎo)致操作人員的工作量比較大，這種操作模式最主要的特點就是供水壓力不能夠保持在恒定的狀況中，因此會導(dǎo)致供水的質(zhì)量比較差。在水廠加壓站中進行變頻恒壓供水的應(yīng)用可以提升水廠加壓站的運行效率和效果，從而為供水的穩(wěn)定提供幫助，實現(xiàn)供水的平衡，促進社會的發(fā)展。

1 軟件和硬件系統(tǒng)的實現(xiàn)

1.1 硬件系統(tǒng)

水廠加壓站中變頻恒壓供水的應(yīng)用，首先需要完成硬件系統(tǒng)方面的建設(shè)，結(jié)合不同地區(qū)的具體供水實際情況和需求，所使用的硬件設(shè)備也會存在一定的差異性選擇，為了能夠有效的使水壓處在一個恒定的控制狀況當(dāng)中，人們可以對水泵的電機轉(zhuǎn)速進行改變，同時也可以對單臺水泵的工頻及變化頻率進行切換，除了這些措施之外，還可以結(jié)合實際的情況，對運行水泵的數(shù)量進行控制。系統(tǒng)可以采用壓力傳感器、PLC和變頻器作為中心控制裝置，通過安裝在管網(wǎng)干線上的壓力傳感器檢測管網(wǎng)的水壓，將壓力轉(zhuǎn)化為4 mA～20 mA的電流或者是0 V～10 V的電壓信號，提供給變頻器。因此可以根據(jù)具體的定值和實際值完成設(shè)定電壓電流的電流值及反饋電流信號的對比，然后再利用相應(yīng)的控制端來進行自動調(diào)節(jié)工作的開展，改變頻率的輸出值對所有的水泵電機轉(zhuǎn)速進行控制。這樣的一種硬件處理方式能夠使單臺水泵的恒壓供水成為現(xiàn)實，但是對兩臺水泵的多種工況運行，還需要進行開關(guān)量的控制工作，并且會涉及到大型數(shù)據(jù)的處理，因此要注重數(shù)據(jù)處理能力的提升，在這樣的背景下，單純使用單頻器單獨控制難以實現(xiàn)。目前，在相關(guān)的硬件設(shè)備中，西門子系列的PLC在一些小型自動化控制系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用十分廣泛，對該設(shè)備的模擬量采集模塊進行運用，可以實現(xiàn)壓力傳感器和變頻器控制的連接工作，同時在編程操作的幫助下，對多機組和多工況調(diào)度方面的問題進行解決，再結(jié)合具體的組態(tài)軟件，方便操作人員對狀態(tài)進行及時的查看和介入方面的控制。

1.2 軟件系統(tǒng)

在軟件系統(tǒng)的設(shè)置中，首先要使用合理的編程軟件，進行控制程序的編寫操作，以此來更好的對系統(tǒng)手動和自動的切換問題進行解決，并且完成參數(shù)的初始以及信號和通訊數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作。此外，通過程序的編寫，還能夠進行泵的啟動及切換，對停止方面的條件和順序設(shè)置也能夠有效的推動。當(dāng)供水的壓力出現(xiàn)不夠充足的情況時，人們可以增大變頻器輸出的頻率，反過來，人們就應(yīng)該減小變頻器的輸出頻率，從而使水壓始終保持在一個穩(wěn)定的狀況中。在實際的編程過程中，人們需要考慮變頻器頻率調(diào)整過于頻繁的情況，因為過于頻繁會導(dǎo)致超調(diào)情況的出現(xiàn)，因此需要設(shè)置一個連續(xù)的采樣，更好地使三次滿足條件之后，獲得及時的輸出和調(diào)整。

2 變頻供水系統(tǒng)運行狀態(tài)

2.1 安全生產(chǎn)

系統(tǒng)之所以能夠穩(wěn)定的對供水總管的壓力進行控制，在很大程度上源于軟件和硬件方面的設(shè)置合理和配合流暢。在變頻供水系統(tǒng)運行的過程當(dāng)中，實現(xiàn)安全的生產(chǎn)是非常重要的一個前提。有的加壓站目前的能力能夠滿足實際用水量的需求，變頻器能夠有效的對水泵電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，根據(jù)用戶用水量需求的大小通過管網(wǎng)壓力進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)動態(tài)供給方面的平衡，確保整體管網(wǎng)的安全性，也能夠有效的減少操作人員在勞動方面的長度以及換泵方面比較繁瑣的程序。對這些系統(tǒng)來說，它有比較完善的保護功能，例如：接地、過載和過壓等，同時還能夠確保整個系統(tǒng)處在安全和可靠的狀況下。

2.2 節(jié)能運行

充分考慮水泵的流量特性及電機的轉(zhuǎn)速，在分析水泵電機功率、水泵流量、水泵揚程的情況下，可以探討出具體的計算公式和計算的模型。

軸功率P=Q·H·9.8·ρ/3 600·η。

其中，H為揚程,m；Q為流量,m3/h；η為泵的效率；P為軸功率,kW；ρ為水介質(zhì)比重，取1 000 kg/m3；g=9.8。

推導(dǎo)出P=2.73HQ/η。

由此可以看出，電機的功率和水泵的流量之間是一個正比的關(guān)系。在大多數(shù)情況下，加壓站用戶側(cè)的水量都是處在不斷變化的過程中，如果遇到需水量處于波谷時期的時候，那么變頻器就會降低水泵電機的轉(zhuǎn)速，以此來使節(jié)能效益處在一個比較可觀的狀態(tài)下。目前所使用的變頻器大多數(shù)都會具有軟啟動和平滑停車方面的功能，因此能夠使電機的啟動和停車電流得到限制并且降低，能夠在最大程度上減少大電流對電機繞組所帶來的沖擊，也能夠使電機突然啟動和停止，對水泵帶來的沖擊得到有效的減少，能夠在一定程度上確保電機和水泵獲得有效的保護，促進它們使用壽命的延長。在這樣的狀況下，管道和閥門的沖擊及磨損，也會達到一個最小的狀況，設(shè)備的維護工作量也能夠獲得減少。

3 系統(tǒng)出現(xiàn)的問題和解決的方案

3.1 電流相間不平衡分析

電機電流相間不平衡最主要是在系統(tǒng)啟動的過程中出現(xiàn)，通過相應(yīng)的觀察可以發(fā)現(xiàn)，相間電流相差一般會在幾十到一百安培之間，在這個時候，變頻器的工作會處在一個正常的狀況下。在使用的過程中，人們一般會開展隨時的檢查工作，如果在檢查的過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)變頻器的溫度比較高，達到了報警溫度的狀況，那么就需要采取一些有效的措施進行處理。對于變頻器而言，如果長期處在這樣的一種高溫環(huán)境下，那么會導(dǎo)致逆變器的工作性能受到嚴重的影響，從而出現(xiàn)電壓波形畸變的情況，這種情況的存在，也會導(dǎo)致電機相間電流有著不平衡現(xiàn)象的存在。變頻器出現(xiàn)溫度升高，最主要的原因是冷卻通風(fēng)方面的效果不夠理想，有這種情況的存在，一方面受到環(huán)境溫度過高的影響，另外一方面也由于電氣柜設(shè)計不合理所造成，因為設(shè)計結(jié)構(gòu)的不合理，會使得冷卻出風(fēng)口的熱風(fēng)返回到冷卻進風(fēng)口的位置，從而導(dǎo)致冷卻風(fēng)道的溫度會處在越來越高的狀況下。

對這種問題的解決方法，首先需要提供一個合適的環(huán)境，對電氣柜的布局進行全方位的改造工作，使變頻器的冷卻進風(fēng)口和冷風(fēng)出風(fēng)口之間得到有效的隔離，確保冷卻效果得到全方位的加強。只有變頻器的溫度得到有效的下降，才能夠使得電機電流相間不平衡的現(xiàn)象得到全方位的消除。

3.2 直流母線電壓脈動分析

在通常情況下，中間電路的直流母線電壓脈動出現(xiàn)的原因最主要就是主電源缺相，如果出現(xiàn)熔斷器燒斷或者是整流橋內(nèi)部故障的情況，也會導(dǎo)致直流母線電壓脈動出現(xiàn)。如果直流電壓的脈動是直流電的13%的時候，變頻器就會出現(xiàn)自動保護性停車的狀況。經(jīng)過多次的檢查，人們可以發(fā)現(xiàn)，變壓器高壓側(cè)容易受到高次諧波的干擾從而出現(xiàn)燒保險的情況。一旦高次諧波的情況比較嚴重，電壓波動為直流電壓13%的時候，變頻器就會出現(xiàn)自動保護性停車的情況，而這種現(xiàn)象完全是由于外部原因所引起的一些故障。

對這種問題的解決辦法，首先應(yīng)該在變頻器的電源進線側(cè)進行一臺進線電抗器的家裝，以此來使變頻器的進線電源得到有效的凈化。安裝的供電質(zhì)量是比較高的，因此在進行變頻器生產(chǎn)的時候，在直流母線電壓脈動的保護值設(shè)計方面會處在比較保守的狀況下，實際上人們可以把13%的電壓脈沖值調(diào)整到脈沖20%的狀態(tài)，使直流電壓脈動的保護范圍得到有效的放寬，因為在這個時候，變頻器的工作狀況仍然比較可靠。這樣的一種處理方式比較簡單，但是不能夠?qū)栴}進行徹底的解決，因為在一些狀況下，依然會出現(xiàn)變頻器保護性停機的情況。

4 結(jié)語

變頻調(diào)速技術(shù)是一種比較成熟的交流電機無極調(diào)速技術(shù)，這種技術(shù)有非常獨特的優(yōu)良性能，夠廣泛在供水控制領(lǐng)域當(dāng)中進行使用，從而使恒壓供水技術(shù)獲得有效的發(fā)展。在實際的系統(tǒng)中，能夠把反饋實際壓力和給定的壓力進行有效的比較和分析，當(dāng)管網(wǎng)的壓力不夠充足的時候，會主動對變頻器輸出頻率進行增大，從而使水泵的轉(zhuǎn)速得到有效的加快，最終迫使管網(wǎng)的壓力得到上升。反過來，在操作的過程當(dāng)中，就是要減小變頻器的輸出頻率，使管網(wǎng)的壓力得到有效的下降，確保水壓始終能夠保持在恒定的狀況下。