一、采用变频调速装置的必要性
安阳市供水管网属多水源供水管网，送水二级泵房受管网的影响较大，压力和流量随用户用水量变化而变化。根据送水泵房原始资料分析，用水量最大时发生在每日上午10—11时和下午5—7时两个时段，供水量最小发生在4—7时，时变化系数K时=1.2。为了满足城市居民生活及工业用水，水厂在管理操作过程中，根据管网压力和流量的变化，采用人工调节水泵运行台数的方法来实现出厂水压力的基本稳定。该控制方法存在主要问题是由于单台水泵调节幅度大，压值时常高于或低于所需要压力值。这种运行方式，不仅不能很好地保证服务压力，而且能量浪费严重。为解决这一问题，我们曾采过切削水泵叶轮办法和更换水泵机组的办法，来达到稳定服务压力值的目的。然而，这些方法，经实践证明均达不到理想的效果，为此我们结合本单位实际，设计了变频调速装置。
在城市供水系统中，二级泵站的设计通常是按最大时用水量进行考虑，这样水泵在正常运行中，除短时的高峰期用水外，其余时间均长期处于你负荷运行状态，经常性的能量消耗极大。
根据我公司运行状况分析，泵站的经常运行费用占供水成本50%——70%，一九九五年千吨水耗电已达306，9KWH，全年总耗电量为2831.59万KWH。因此，如何使二级泵站运行在最佳状态，具有重要的经济意义。
二、安装变频调速装置技术方案及控制原理
在对调查收集第一手技术资料分析的基础上，采用进口日本富士变频调速装置和PLC控制器，利用原有设备，经过技术改造，组成一个恒压变量供水，定值闭环控制系统。整个水泵机组6台，电机均为75千瓦，水泵型号为10sh—9。其中3台水泵采用变频调速，别外3台为恒速泵运行方式。3台恒速泵为常开泵，其余3台为变频调速泵。当用水量等于3台泵总供水量时，由3台恒速泵供水（通过查阅资料分析，第一水厂供水低谷时，最小流量均大于3台泵供水量。）;当实际用水量大于3台泵总供水量时，压力低于0.3Mpa时，变频调速机组1号泵自动启动，这时频率、电流、流量由零逐步上升，倘若压力增加到所设定水压值（0.3 Mpa）时，变频调速将保持相应的频率、电流、转矩、转速等运行状态参数;当用水量继续增加，出厂压力下降，小于设定压力值时，变频调速1号水泵相应频率、流量、电流增加;当用水量继续增加到大于4台泵供水量时，这时如果出厂水压力小于设定压力值，1号变频泵转入恒频状态，变频调速装置自动启动2号泵，直至到达0.3 Mpa值时，保持相应的频率、电流等参数;倘若用水量减少，出厂水压力将增加，此时，2号水泵机组停止运行，2号水泵机组仍处于变频调速状态，随用水量的增加或减少来稳定出厂压力。
在设备运行过程中，由于用水量的变化，随之产生压力的变化，其差值通过传感器，将压力信号传给PLC控制调节器，经过运算、比较、放大，一是将信号传给变频器（VVVF）控制输出频率，二是通过开关切换控制多台泵组的起停，从而达到恒压变量供水。该系统主要由压力传感器、PLC控制、开关切换组件（断电保护、信号设备、开关等）、交流变频器、电动机执行机构、被控现场组成（详见图1）
该“变量恒压供水系统”采用了微机控制的正弦波脉宽调制（PWM）技术和大功率晶体管（GTR）技术，是微电子技术和功率电子技术的结晶，特别是采用了PLC控制调节器控制数台水泵软启动方式，消除了直接起动时电机电流对电网的冲击和干扰，提高了工作效率和电机水泵的使用寿命。
系统软件由主程序及各子程序组成，主程序是一循环程序，它是程序组织的主体，控制着变频运行的全过程，从初始开始，对系统参数初始化进入循环程序，周而复始的对整个过程运行情况逐一检测，控制处理。
在程序控制中，设定水压P值、频率HZ值、清水池上限水位h1值及下限水位H2值。由传感器传来水压PI值和水位HI值后，经参数比较，若P1＜P值，而且经变频装置将检测各种参数正常后，启动水泵1号机组，即N=0+1，并将其值输入单元模数。若PI=P时，变频装置进行自诊断，并保持相应的频率HZ、转速ni、电压Vi等参数。若频率Hzi＜Hz所设定的频率时，再检查变送器传来的压力值是否小于设定压力值，若小于时，再启动2号机组，进行调速，直至使压力达到Pi=P值。然后继续检查频率是否等于零，若等于零时，减少水泵机组1台，然后检查水位Hi是否大于或等于上限水位Hi，若大于或等于上限水位时，报警器报警，报警后重复运行。水位如果小于设定水位值H2（最低水位）。也同样报警检测，如上、下位均不越限时，重新自诊断和循环运行。周而复始进行判断、检测、控制运行。
三、变频调速装置运行后的特点
应用变频调速装置后，在操作方式上能够自动和手动，自动时通过采集到的Pi值由PLC与VVVF相互控制，可达到变量恒压的效果。
该变频调速装置具有诊断能力和自保能力，可省去人工开关闸门费工费时的缺点，自动运行灵活调节十分方便，其特点如下：
1、技术性能高，工作安全可靠，保护功能完善，具有故障自动诊断的功能，如欠压、失速、过热保护等。
2、频率数字显示，可直观地实时显示输出变频调速水泵运行频率.转速等.参数。
3、具有软启动和制动功能，能够自动平稳地加速和减速，减少对电网的冲击，可省去一般电动机与起动装置。
4、具有多种用途的外部接口端子，可实现远距离的操作，并可实现压力流量、速度等闭环控制和计算控制系统，实现水厂完善的自动化管理。
5、一台变频器带多台水泵，具有调节方便、性能等特点。
四、经济效益分析
变频调速水泵投入运行后，其运行方式由一台变频器带多台水泵运行，方案本身大大减少了资金投入，在实际运行过程中，进行了自动与手动（变频调速与恒速）对比测试，由测试结果可知，在保持出厂压力0.3Mpa时，年节电453585.5KWH。年节约电费13.6万元，两年即可回收全部费用。取得了明显的经济效益
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