變頻節水節能技術(shù)

水利水電技術(shù)第33卷2002年第9期變頻節水節能技術(shù)*王孝儉,皇甫玉柱,鄧勝全,王幼濤〔水利部西北水利科學(xué)研究所,陜西楊凌712100)【關(guān)鍵詞】變頻調速技術(shù);節水;節能;城鄉供水;農業(yè)灌溉;自動(dòng)控制裝置中圖分類(lèi)號:TK730.41+TV991+S274.3文獻標識碼:B文章編號:000-086020029-005103立項背景及技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)出了四個(gè)系列的變頻調速節水節能裝置,這些變頻節水節能產(chǎn)品除了變頻調速器和PLC外其他已全部國水資源及能源緊缺是制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因產(chǎn)化.本文介紹CX-B系列變頻恒壓供水自動(dòng)控制裝素,節水節能是我國社會(huì )經(jīng)濟持續發(fā)展的基本國策.置和CX-D系列變頻恒壓節水灌溉自動(dòng)控制裝置.美國從20世紀90年代將變頻節水節能技術(shù)應用于平本項目的技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)(1肥交流變頻調速技術(shù)應移式、軸轉動(dòng)式噴灌機及管道灌溉等系統經(jīng)測試其節用于城鄉供水及農業(yè)灌溉中,達到節水節能效果(2)能率為39%~56%,節水率為15%~30%,既穩定了管根據項目需要自己研制出水位顯示控制器提高自動(dòng)網(wǎng)壓力提高了灌溉質(zhì)量又節水節能便于自動(dòng)化管化程度〔3根據實(shí)際需要研制出多段壓力設置轉換理但其價(jià)格昂貴.當時(shí)在我國城鄉供水及水泵抽灌電路適應農業(yè)多種灌溉方式(4將變頻調速技術(shù)、可系統中水泵一旦開(kāi)始工作電機便以額定轉速運行,編程序控制技術(shù)、水位顯示控制技術(shù)、壓力傳感技術(shù)等并以額定出水量供水當用水量減少或在用水低谷時(shí),進(jìn)行了集成管網(wǎng)壓力過(guò)高水龍頭(或噴頭廂輸水管道往往被損壞使水白白流掉電能白白耗掉有些系統通過(guò)閥門(mén)2變頻調速的基本原理控制出水量來(lái)減少供水管網(wǎng)壓力升高這樣也造成電交流異步電動(dòng)機的轉子轉速n可以用下式表示能與水資源的浪費.(1)九五”期間我國在工業(yè)上將交流變頻調速技術(shù)列為新技術(shù)推廣項目,但當時(shí)水利行業(yè)在灌溉方面未式中定子供電電源的頻率應用.為改善上述資源浪費狀況生產(chǎn)出價(jià)格低廉農電動(dòng)機的極對數業(yè)能夠接受的變頻節水節能控制裝置,水利部西北水異步電動(dòng)機的轉差率利科學(xué)研究所承擔了水利部948″計劃項目變頻節水由式(1河見(jiàn)當平滑地改變異步電動(dòng)機的供電頻節能技術(shù)”,本項目的關(guān)鍵技術(shù)為交流變頻調速技術(shù).率∫時(shí)即可改變電動(dòng)機轉子的轉速n1998年12月,我們引進(jìn)了德國的8210和8220系列根據水泵的相似原理變頻器標準規范、技術(shù)指標、性能參數檢測方法和部分Q2/Q1=n2/m1(2)樣機.交流變頻技術(shù)大致可分為直一交變頻與交一交H2/H1=n2/m1)變頻兩種我們引進(jìn)的為直一交變頻技術(shù)即通常所見(jiàn)P2/P1=n2/m1)(4)的變頻器大多采用的變頻技術(shù).我們的技術(shù)路線(xiàn)是引式中的QH、Pn分別為水泵的流量、揚程、軸功率和進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)并對其消化吸收在此基礎上開(kāi)發(fā)外圍轉速.技術(shù)研制并生產(chǎn)變頻節水節能產(chǎn)品并重點(diǎn)進(jìn)行推廣應用mYH中國煤化工于轉速控制比基于CNMHG該項技術(shù)引進(jìn)后,我們對進(jìn)囗樣機的性能參數進(jìn)收稿日期:200201-19行了全面測量和記錄,在消化吸收的基礎上研制開(kāi)發(fā)作者簡(jiǎn)介:王孝儉(1960-)男陜西楊凌人高級工程師HtrR數據 dropower Engineering Vo3M9王孝儉等∥變頻節水節能技術(shù)流量控制可以大幅度降低軸功率.制調整變頻器輸出的電源頻率改變水泵轉速使管3CX-B系列變頻恒壓供水自動(dòng)控制裝置網(wǎng)壓力不斷向設定壓力趨近.這個(gè)閉環(huán)控制系統通過(guò)不斷檢測、不斷調整的反復過(guò)程實(shí)現管網(wǎng)壓力恒定,3.1基本構成從而使水泵根據需水量自動(dòng)調節供水量達到節能節整個(gè)恒壓供水系統由CX-B系列變頻恒壓供水自水的目的動(dòng)控制裝置與水泵電機組合而成(見(jiàn)圖1)該裝置由PLC的主要控制作用(1控制多臺水泵(包括備變頻器(內含PID調節器可編程時(shí)控開(kāi)關(guān)、可編程用泵)循環(huán)軟啟動(dòng)周期性地以變頻方式工作(2腔控制器(PLC)水位顯示控制器、遠傳壓力表、水位傳制備用泵的自動(dòng)啟動(dòng).當第一臺水泵電機以變頻方式感器及相關(guān)電氣控制部件構成,是一種具有變頻調速運行并達到額定功率(即變頻器輸出電源頻率達到和全自動(dòng)閉環(huán)控制功能的機電一體化智能設備(見(jiàn)圖50Hz)而供水管網(wǎng)壓力未達到設定壓力時(shí),第二臺2),它可同時(shí)對一臺或多臺三相380V,50Hz的水泵水泵電機會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)并以工頻方式運行這時(shí)若管電機進(jìn)行自動(dòng)控制網(wǎng)壓力仍不能達到設定壓力時(shí)第三臺水泵電機會(huì )自遠傳壓力表動(dòng)啟動(dòng)第一臺水泵仍以變頻方式運行,達到保持管網(wǎng)恒壓的目的投入運行的水泵數量由裝置根據管網(wǎng)壓力自動(dòng)控制至用戶(hù)水位顯示控制器設有上、中、下3個(gè)水位控制限,壓力檢當池水位從上限降到中限位置時(shí)控制器輸出補水泵啟動(dòng)信號使補水泵向池內補水補至上限時(shí)控制器輸出補水泵停機信號停止補水;當池水位降到下限時(shí)控制器輸出取水泵停機信號使取水泵停止取水,待水位上升到中限后,控制器使取水泵自動(dòng)啟動(dòng)恢復取水補水泵3.3控制功能水位傳感器CX-B系列變頻恒壓供水自動(dòng)控制裝置具有以下圖1變頻恒壓供水系統組成控制功能(1煅有手動(dòng)/自動(dòng)切換電路當切換至自動(dòng)位置時(shí)系統可根據出口壓力變化自動(dòng)調節變頻泵的轉速和自動(dòng)啟動(dòng)、停止備用泵以維持出囗壓力恒定,當變頻控制電路岀現故障時(shí),可切換至手動(dòng)位置使水可編程時(shí)控開(kāi)關(guān)泵直接在工頻下運行保證正常供水;(2)能夠在1d遠傳壓力表內設置1-9個(gè)供水時(shí)間段,一周內各天的供水時(shí)間可變頻器(f/ft以不同;3)用PLC控制水泵(包括備用泵洤循環(huán)軟啟動(dòng),周期性地自動(dòng)交換使用,以期水泵壽命基本致κ(4地下蓄水池缺水后取水泵自動(dòng)停機保護補水器泵自動(dòng)開(kāi)機補水蓄滿(mǎn)水后補水泵自動(dòng)停機蓄水池水位以數字顯示(5)故障顯示及報警具有缺相、短路、匱位感器]}過(guò)熱過(guò)載過(guò)壓欠壓、漏電、瞬時(shí)斷電保護等電氣保補水泵3號取水泵2號取水泵1號取水泵-護功能圖2變頻恒壓供水自動(dòng)控制裝置結構原理框圖4∝X-D系列變頻恒壓節水灌溉自動(dòng)控制裝置32工作原理4.1基本構成CX-B系列變頻恒壓供水自動(dòng)控制裝置以變頻方整中國煤化工列變頻恒壓節水灌式工作時(shí),水泵電機以軟啟動(dòng)方式啟動(dòng)后開(kāi)始運轉,溉自動(dòng)控CNMH與成(見(jiàn)圖1)一些由遠傳壓力表檢測供水管網(wǎng)實(shí)際壓力管網(wǎng)實(shí)際壓力節水灌溉基地設計有噴灌、微噴灌、滴灌等多種灌溉方與設定壓力經(jīng)過(guò)比較后輸岀偏差信號,由偏差信號控式不同的灌溉方式所需的工作壓力不同.為使同水利水電技術(shù)第33卷2002年第9期王孝儉等∥變頻節水節能技術(shù)供水管網(wǎng)能為不同灌溉方式提供不同的工作壓力在壓所產(chǎn)生的漏水)實(shí)踐證明使用變頻恒壓供水自控CX-B系列變頻恒壓控制裝置的基礎上增加了多段壓裝置不但能夠節水節能而且提高了供水質(zhì)量保證力設置轉換電路,它可同時(shí)對一臺或多臺三相水泵電了供水管網(wǎng)的安全運行機進(jìn)行自動(dòng)控制見(jiàn)圖3)在農業(yè)灌溉方面2001年6月為“99全國節水示范工程秦都項目區(咸陽(yáng)市秦都區雙照鎮龍泉南村)節L1、L2、L3灌系統″設計并安裝了變頻恒壓節水灌溉自動(dòng)控制裝r一-可編程時(shí)控開(kāi)關(guān)置一套,使一條供水管網(wǎng)能夠在不同時(shí)間段提供兩種壓力傳感器工作壓力既滿(mǎn)足了微噴灌和滴灌的要求又使灌溉管變頻器(f;/f理大大簡(jiǎn)化.據2001年7~12月資料統計,節電17%,節水19%.2001年12月同陜西省農墾農工商總公司獨接簽訂了合作合同,為該公司華陰農場(chǎng)節水灌溉增效示范項目設計安裝6套變頻恒壓節水灌溉自動(dòng)控制裝器/換電置.該示范項目實(shí)施完成后,變頻恒壓節水灌溉自控裝置與灌溉自動(dòng)控制系統聯(lián)網(wǎng),將形成目前我國較高液位傳感器標準的節水灌溉自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò )控制滴灌面積76hm33號取水泵2號取水泵1號取水泵圖3變頻恒壓節水灌溉自動(dòng)控制裝置結構原理框圖變頻恒壓自動(dòng)控制裝置,不但可廣泛應用于高層建筑和自來(lái)水廠(chǎng)的供水系統中,而且能應用于農業(yè)水42工作原理泵抽灌系統中并在農業(yè)抽灌系統中剛剛開(kāi)始應用其CX-D系列變頻恒壓節水灌溉自動(dòng)控制裝置除多節水節能技術(shù)具有強大的生命力和廣闊的應用前景.段壓力設置轉換電路外其他部分的工作原理與CX-B*水利部948″計劃項目(975153)系列變頻恒壓供水自動(dòng)控制裝置相同.多段壓力設置(責任編輯陳小敏)轉換電路中設計了對應于噴灌、微噴灌、滴灌及管道灌溉4個(gè)壓力檔位在進(jìn)行灌溉時(shí)PLC按灌溉方式輸岀對應的控制信號,壓力設置轉換電路自動(dòng)轉換到相應壓力檔位,該裝置就在這一設定壓力下以恒壓供水實(shí)現節水灌溉.4.3控制功能除具有CX-B系列變頻恒壓供水自動(dòng)控制裝置的功能外還具有壓力轉換功能.5加強變頻節水節能技術(shù)的應用和推廣引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)主要的目的在于推廣應用,把變頻調速技術(shù)應用于水利行業(yè)及農業(yè),實(shí)現了節能節水幾年來(lái),通過(guò)向社會(huì )積極宣傳變頻節水節能技術(shù)的優(yōu)越性這一技術(shù)已逐步被水利行業(yè)及農業(yè)所接受在城鄉供水方面,我們已經(jīng)推廣應用變頻恒壓供水自控裝置12套根據對其中四套裝置運行數據的統計計算可知可節約電能25%~50%節水3%-10%各臺裝置的節能率和節水率差異較大,其主要原因是各裝置的運行環(huán)境差異較大,用水高峰與低谷流量差值大的裝置節能率高,用水高峰與低谷流量差值小的中國煤化工裝置節能率低;供水管路完好率高的系統使用該裝置CNMHG后節水效果不顯著(zhù)供水管路完好率低的系統使用該裝置后,節水效果顯著(zhù)(由于恒壓供水減少了管網(wǎng)高水利水電方數括2002年第9期