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中贏小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能理論,控制參數(shù)選擇及優(yōu)點

2013/5/31 11:02:09??????點擊:

中贏小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能理論,控制參數(shù)選擇及優(yōu)點

一、 小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)概述

      交流電機變頻調(diào)速技術(shù)是一項業(yè)已廣泛應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)。由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展,變頻器的性能有了極大提高,它可以實現(xiàn)控制設(shè)備軟啟軟停,不僅可以降低設(shè)備故障率,還可以大幅減少電耗,確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長周期運行。

 

      長期以來區(qū)域的供水系統(tǒng)都是由市政管網(wǎng)經(jīng)過二次加壓和水塔或天面水池來滿足用戶對供水壓力的要求。在小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)中加壓泵通常是用最不利用水點的水壓要求來確定相應(yīng)的揚程設(shè)計,然后泵組根據(jù)流量變化情況來選配,并確定水泵的運行方式。由于小區(qū)用水有著季節(jié)和時段的明顯變化,日常供水運行控制就常采用水泵的運行方式調(diào)整加上出口閥開度調(diào)節(jié)供水的水量水壓,大量能量因消耗在出口閥而浪費,而且存在著水池“二次污染”的問題。變頻調(diào)速技術(shù)在給水泵站上應(yīng)用,成功地解決了能耗和污染的兩大難題。

 

二、 小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)變頻節(jié)能理論

1、交流電機變頻調(diào)速原理

交流電機轉(zhuǎn)速特性:n=60f(1-s)/p,其中n 為電機轉(zhuǎn)速,f為交流電頻率,s 為轉(zhuǎn)差率,p為極對數(shù)。

電機選定之后s 、p則為定值,電機轉(zhuǎn)速n和交流電頻率f 成正比,使用變頻器來改變交流電頻率,即可實現(xiàn)對電機變頻無級調(diào)速。

 

2、根據(jù)離心泵的負(fù)載工作原理可知:

流量與轉(zhuǎn)速成正比:Q∝N

轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比:T∝N2

功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比:P∝N3

而且變頻調(diào)速自身的能量損耗極低,在各種轉(zhuǎn)速下變頻器輸入功率幾乎等于電機軸功率,由此可知在使用變頻調(diào)速技術(shù)供水時,系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系:

P變=N3P額=Q3P額

采用出口閥控制流量的方式,電機在工頻運行時,系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系:P閥=(0.4+0.6Q)P額

其中,P為功率

  ?。螢檗D(zhuǎn)速

   Q為流量

例如設(shè)定當(dāng)前流量為水泵額定流量的60%,則采用變頻調(diào)速時P變=Q3P額=0.216P額,而采用閥門控制時P閥=(0.4+0.6Q)P額=0.76P額,節(jié)電=(P閥-P變)/P閥*100%=71.6%。

流量% 100 90 80 70 60 50 

節(jié)電率% 0 22.5 41.8 61.5 71.6 82.1 

 

      由此可見從理論計算結(jié)果可以看到節(jié)能效果非常顯著,而且在實際運行中小區(qū)變頻恒壓供水技術(shù)比傳統(tǒng)的加壓供水系統(tǒng)還有自動控制恒壓、無污染等明顯優(yōu)勢。

      而且新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)能自動地控制一至多臺主泵和一臺休眠泵的運行。在管網(wǎng)用水量減少到單臺主泵流量的約1/6-1/8時,系統(tǒng)自動停止主泵,啟動小功率的休眠泵工作,保證系統(tǒng)小流量供水,解決小流量甚至零流量供水時大量電能的浪費問題,從運行控制上進一步節(jié)能。

 

三、 小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)及控制參數(shù)選擇

1、小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)組成

      小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)通常是由水池、離心泵(主泵+休眠泵)、壓力傳感器、PID調(diào)節(jié)器、變頻器(主泵+休眠泵)、管網(wǎng)組成(如圖1)。工作流程是利用設(shè)置在管網(wǎng)上的壓力傳感器將管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)因用水量的變化引起的水壓變化,及時將信號(4-20mA或0-10V)反饋PID調(diào)節(jié)器,PID調(diào)節(jié)器對比設(shè)定控制壓力進行運算后給出相應(yīng)的變頻指令,改變水泵的運行或轉(zhuǎn)速,使得管網(wǎng)的水壓與控制壓力一致。

 

2、變頻恒壓供水系統(tǒng)的參數(shù)選取

      (1)、合理選取壓力控制參數(shù),實現(xiàn)系統(tǒng)低能耗恒壓供水。這個目的的實現(xiàn)關(guān)鍵就在于壓力控制參數(shù)的選取,通常管網(wǎng)壓力控制點的選擇有兩個:一個就是管網(wǎng)最不利點壓力恒壓控制,另一個就是泵出口壓力恒壓控制。兩者如何選擇。

      管網(wǎng)最不利點壓力恒定時,管網(wǎng)用水量由QMAX減少到Q1,水泵降低轉(zhuǎn)速,與用水管路特性曲線A(不變)相交于點C,水泵特性曲線下移,管網(wǎng)最不利點壓力H0。而泵出口壓力恒壓控制時,則Ha不變,用水量由QMAX減少到Q1與Ha交于B點,用水管路特性曲線A上移并通過B點,管網(wǎng)最不利點壓力變?yōu)镠b,Hb - H0的揚程差即為能量浪費,所以選擇管網(wǎng)最不利點的最小水頭為壓力控制參數(shù),形成閉環(huán)壓力自控系統(tǒng),使得水泵的轉(zhuǎn)速與PID調(diào)節(jié)器設(shè)定壓力相匹配,可以達(dá)到最大節(jié)能效果,而且實現(xiàn)了恒壓供水的目的。

      (2)、變頻器在投入運行后的調(diào)試是保證系統(tǒng)達(dá)到最佳運行狀態(tài)的必要手段。變頻器根據(jù)負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量的大小,在啟動和停止電機時所需的時間不相同,設(shè)定時間過短會導(dǎo)致變頻器在加速時過電流、在減速時過電壓保護;設(shè)定時間過

長會導(dǎo)致變頻器在調(diào)速運行時使系統(tǒng)變得調(diào)節(jié)緩慢,反應(yīng)遲滯,應(yīng)變能力差,系統(tǒng)易處在短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。

      為了變頻器不跳閘保護,現(xiàn)場使用當(dāng)中的許多變頻器加減速時間的設(shè)置過長,它所帶來的問題很容易被設(shè)備外表的正常而掩蓋,但是變頻器達(dá)不到最佳運行狀態(tài)。所以現(xiàn)場使用時要根據(jù)所驅(qū)動的負(fù)載性質(zhì)不同,測試出負(fù)載的允許最短加減速時間,進行設(shè)定。對于水泵電機,加減速時間的選擇在0.2-20秒之間。

 

四、 小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點

      相對與傳統(tǒng)的加壓供水方式,變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點突出的體現(xiàn)在以下幾個方面:

1、高效節(jié)能

      變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點就是節(jié)約電能,節(jié)能量通常在10-40%。從單臺水泵的節(jié)能來看,流量越小,節(jié)能量越大。

 

2、恒壓供水

      變頻恒壓供水系統(tǒng)實現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內(nèi)連續(xù)變化,從而可以保證用戶任何時候的用水壓力,不會出現(xiàn)在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況。

 

3、安全衛(wèi)生

      系統(tǒng)實行閉環(huán)供水后,用戶的水全部由管道直接供給,取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設(shè)施,避免了用水的“二次污染”,取消了水池定期清理的工作。

 

4、自動運行、管理簡便

      新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過流、過壓、欠壓、欠相、短路保護、瞬時停電保護、過載、失速保護、低液位保護、主泵定時輪換控制、密碼設(shè)定等功能,功能完善,全自動控制,自動運行,泵房不設(shè)崗位,只需派人定期檢查、保養(yǎng)。

 

5、延長設(shè)備壽命、保護電網(wǎng)穩(wěn)定

      使用變頻器后,機泵的轉(zhuǎn)速不再是長期維持額定轉(zhuǎn)速運行,減少了機械磨損,降低了機泵故障率,而且主泵定時輪換控制功能自動定時輪換主泵運行,保證各泵磨損均勻且不銹死,延長了機泵使用壽命。變頻器的無級調(diào)速運行,實現(xiàn)了機泵軟啟動,避免了電機開停時的大電流對電機線圈和電網(wǎng)的沖擊,消除了水泵的水錘效應(yīng)。

 

6、占地少、投資回收期短

      新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)采用水池上直接安裝立式泵,控制間只要安放一到兩個控制柜,體積很小,整個系統(tǒng)占地就非常小,可以節(jié)省投資。另外不用水塔或天面水池、控制間不設(shè)專人管理、設(shè)備故障率極低等方面都實現(xiàn)了進一步減少投資,運行管理費低的特點,再加上變頻供水的節(jié)能優(yōu)點,都決定了小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)的投資回收期短,一般約2年。

 

 

 

 

 

 

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