王相峰 / 蔣佃剛(. 上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海 0009； . 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院有限公司，北京 00044)

變頻恒壓供水控制方案比選及控制原理

王相峰1/ 蔣佃剛2
(1. 上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海 200092； 2. 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100044)

以某酒店變頻恒壓供水系統(tǒng)為例，對(duì)其控制方案進(jìn)行了比較，并就變頻水泵的控制原理做簡(jiǎn)要介紹。

變頻水泵 恒壓 控制原理 變頻器 數(shù)字集成全變頻

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目為安徽黃山某五星級(jí)酒店，共26層，屬一類高層。1～4層為裙房，是酒店娛樂(lè)配套服務(wù)區(qū)域，5～26層為客房區(qū)，共有各類客房465間。生活用水采用變頻泵分區(qū)恒壓供水，共設(shè)有5套變頻供水泵組(均為兩用一備，共15臺(tái)泵)。

2 傳統(tǒng)做法及存在的問(wèn)題

在變頻生活泵組供配電設(shè)計(jì)中，因?yàn)樽冾l泵組的控制柜一般均由水泵廠家配套提供，電氣設(shè)計(jì)師不需要探究控制柜的具體配置、控制原理以及是否能滿足用戶供水安全的要求。

圖1 單變頻控制方案接線圖

以往變頻生活泵組的控制方案普遍采用如圖1所示的單變頻控制方案(方案一)，絕大部分住宅小區(qū)均是這樣配置。在方案一中，采用1臺(tái)變頻裝置控制3臺(tái)生活水泵，既能滿足供水壓力和流量的要求，又節(jié)約投資。

圖2是恒壓變頻供水系統(tǒng)中，各種工況下水泵的運(yùn)行曲線。曲線Ⅰ為工頻泵運(yùn)行的Q―H曲線，曲線Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ為變頻泵運(yùn)行的Q―H曲線，分別對(duì)應(yīng)于水泵在F1、F2、F3頻率時(shí)的運(yùn)行特性。Q—H曲線不止一條，而是一簇曲線，分別對(duì)應(yīng)不同的頻率。圖2中曲線Ⅴ是管網(wǎng)流量為Q2時(shí)，工頻泵、變頻泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的Q―H曲線，是工頻泵運(yùn)行曲線與某一頻率下的變頻泵運(yùn)行曲線的合成；曲線Ⅵ為管網(wǎng)特性曲線。Q1為一臺(tái)工頻泵運(yùn)行時(shí)的流量，A為工頻運(yùn)行工況點(diǎn)；Q3為變頻泵運(yùn)行時(shí)的流量，C為變頻泵F2頻率下運(yùn)行工況點(diǎn)。

圖2 恒壓變頻供水系統(tǒng)水泵運(yùn)行曲線

當(dāng)管網(wǎng)中供水流量

在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，水泵通常有2種工作模式：一是變頻泵固定方式，二是變頻循環(huán)啟動(dòng)工作方式。在變頻泵固定方式中，各并聯(lián)水泵是按水流量的需求運(yùn)行，而工頻水泵則是自動(dòng)投入或退出。因?yàn)樽冾l泵隨用水流量變化會(huì)始終處于運(yùn)行狀態(tài)，因此變頻泵的運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)，各泵磨損程度差異很大。為了均衡各水泵的運(yùn)行時(shí)間，系統(tǒng)也可以采用變頻泵定時(shí)輪換運(yùn)行方式，即當(dāng)某一臺(tái)變頻泵運(yùn)行一定時(shí)間后，由變頻控制器控制變頻泵自動(dòng)輪換運(yùn)行。

圖1所示的單變頻控制方案投資較低，控制邏輯比較簡(jiǎn)單，但是供水的可靠性較差。根據(jù)變頻器工作原理，運(yùn)行中如果在變頻器的輸出端進(jìn)行切換，會(huì)使變頻器中的某些電子器件受到大電流沖擊，影響其使用壽命，需要變頻循環(huán)軟啟動(dòng)運(yùn)行或變頻泵自動(dòng)輪換時(shí)，在變頻器的輸出端進(jìn)行切換，且為了保護(hù)變頻器，切換要在變頻器停止運(yùn)行的情況下進(jìn)行。另外，在變頻器故障或水泵輪換運(yùn)行的瞬間，供水系統(tǒng)水流會(huì)短時(shí)中斷，但基本不影響對(duì)用戶的供水。

3 方案比選

從酒店運(yùn)營(yíng)角度來(lái)看，高檔酒店中客房及廚房生活用水的中斷屬于大事故。為進(jìn)一步提高酒店生活用水的可靠性，變頻供水設(shè)備廠家在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)與酒店管理公司多次協(xié)商，提出了3泵3變頻器的方案(方案二)，即全變頻控制方案。水泵控制采用智能化水泵專用變頻器，并采用數(shù)字集成技術(shù)，將變頻調(diào)速與PID控制技術(shù)集成一體。在全變頻控制恒壓供水設(shè)備中，各臺(tái)變頻器之間通過(guò)CAN總線互相通信。變頻器根據(jù)系統(tǒng)流量變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，并自動(dòng)完成各泵的功率均衡，并可以通過(guò)外設(shè)自動(dòng)控制顯示屏完成人機(jī)對(duì)話，比PLC控制更具靈活性，此方案供水的可靠性高。酒店為水泵組設(shè)有5組變頻器，共15臺(tái)生活泵，需要設(shè)置15臺(tái)專用變頻器，但最終由于專用變頻器價(jià)格較高，投資遠(yuǎn)超預(yù)算，此方案被否決。經(jīng)過(guò)多輪經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最終選擇了另一方案——雙變頻控制方式(方案三)。圖3～4為雙變頻控制方案的一次、二次接線圖。

圖3 雙變頻控制方案一次接線圖

圖4 雙變頻控制方案二次接線圖

變頻供水泵組采用PLC控制，水泵的運(yùn)行特性如圖2，在此不再贅述。在方案三中，采用兩臺(tái)變頻器分別控制一臺(tái)變頻泵，互為備用。當(dāng)一套變頻給水裝置故障時(shí)，另一套可以正常運(yùn)行；當(dāng)工頻泵故障時(shí)，可以使兩套變頻水泵中的一套運(yùn)行在工頻狀態(tài)，提高酒店供水的可靠性。

如圖3～4所示，雙變頻控制給水系統(tǒng)運(yùn)行工況：當(dāng)水量

PLC控制器的X1～X4輸入端口分別與2臺(tái)變頻器相連，輸入變頻器的相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)。X5～X10輸入端口為3臺(tái)泵的運(yùn)行狀態(tài)輸入口，X11、X12、X18、X19為供水系統(tǒng)管網(wǎng)狀態(tài)輸入端口，PLC通過(guò)這4個(gè)端口可以實(shí)時(shí)掌握管網(wǎng)狀態(tài)，并通過(guò)通訊模塊顯示在顯示屏上。PLC的Y6～Y10為設(shè)備狀態(tài)信號(hào)輸出端口，通過(guò)燈光顯示水泵及變頻器的狀態(tài)，設(shè)備狀態(tài)信息同時(shí)顯示在顯示屏上。

通過(guò)總結(jié)酒店的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，酒店供水系統(tǒng)大約20%的時(shí)間運(yùn)行在高峰期，這段時(shí)間需要工頻泵和變頻泵并聯(lián)運(yùn)行，其余時(shí)間1臺(tái)變頻泵運(yùn)行即可滿足用水要求。通過(guò)設(shè)定，PLC可以累積水泵運(yùn)行時(shí)間，并定時(shí)輪換2臺(tái)變頻水泵工作。這樣，每臺(tái)變頻泵全天約運(yùn)行50%的時(shí)間，工頻泵運(yùn)行20%的時(shí)間。這種控制方式在不頻繁切換導(dǎo)致變頻器受損的前提下，能較好地解決水泵均衡磨損問(wèn)題。變頻器選用ATV61型，帶有自動(dòng)睡眠功能，當(dāng)水泵運(yùn)行在圖2中曲線Ⅳ與H軸的交點(diǎn)時(shí)，此時(shí)管網(wǎng)水流量為0，變頻器可以自動(dòng)停泵，以利于節(jié)能。

4 結(jié)束語(yǔ)

比較這三種方案，單純從技術(shù)方面來(lái)說(shuō)，方案二的全變頻控制系統(tǒng)在供水穩(wěn)定性、控制靈活性方面最優(yōu)，但當(dāng)前專用變頻器市場(chǎng)價(jià)格較高，其經(jīng)濟(jì)性略差。而對(duì)于本項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，雙變頻控制方案與方案一比較，提高了酒店的供水可靠性；與方案二比較，供水可靠性基本相當(dāng)，控制靈活性略差，但與酒店投資水平契合。綜合考慮，雙變頻控制方案是適合本工程要求的方案。

[1] CECS 393：2015數(shù)字集成全變頻控制恒壓供水設(shè)備應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2015.

[2] 16S111. 變頻調(diào)速供水設(shè)備選用與安裝[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2016.

[3] 上海熊貓機(jī)械(集團(tuán))有限公司，《水泵配套控制箱控制方案》.

ControlSchemesComparisonandControlPrincipleofVariableFrequencyConstantPressureWaterSupplySystem

Wang Xiangfeng / Jiang Diangang

Taking the variable frequency constant pressure water supply system in a hotel as an example, the control schemes are compared, and the control principle of variable frequency pumps are introduced briefly.

variable speed pump, constant pressure, the control principle, variable frequency drive, digital integrated full variable frequency