变频调速给水设备

科技创新与应用Ｉ　２０１３年第５期　给水排水　简述变频供水设备应用　宋辉　（鹤立林业局福利科，黑龙江汤原１５４７２１）　摘要：变频调速系统是近年来新发展起来的技术手段，用以满足人们对于高品质的调速需求。供水系统也引入了变频技术，变　频调速器的引入更好地解决了供水的自动化需求问题，并且由于其设备的投资较少并且其稳定的系统运行性能，深受用户的青　睐。另外随着变频调速技术的发展变频器的占地面积也不大，并且还可以通过操控达到节水节电的效果。在理论认识上，变频器　的引入优点颇多，但是实际操作以及应用时由于型号选择不当以及控制方式等问题，反而会费电费水，而达不到节能的目的。结　合实际经验，文章对变频供水设备进行了简要的分析和探讨，对其应用提出了一些合理的建议和意见。　关键词：供水系统：变频器；循环软启动　１普通的变频供水设备　循环软启动类型的变频供水设备是在现实应用中最为广泛的，　整个系统组成较为简单，主要包括了水泵、变频柜、仪表、以及各种　管路交错组成。这里需要提到的是，这种系统的水泵应当选取型号　相同的二至四台为宜。下面就以三台作为例子进行详尽的分析。　日常供水主要是使用一台水泵进行供水，但是当使用量增加，　一台水泵的供水不足以满足水量的要求时，变频柜就会在将运行水　泵转变成工频运行后开启第二台水泵。以此类推，当两台水泵共同　运行也不能满足水量需求时则将第二台也转变成工频然后开启第　三台。当水量使用减少时，再按照启动的顺序，将水泵依次停止，最　后将第一台水泵恢复恒压。一次变频运行结束。　另外由于供水系统在平时的供水中主要是使用一台水泵，因此　会设定水泵的运行时间，依次保证水泵不会超负荷运转，这个时间　的设定视实际情况而定。当超过了特定的时间变频柜就会停止水泵　的运行，启动下一台，这个时间可以随时的根据需求进行调整，不仅　可以保证系统的正常运行，同时也可以延长机械的使用寿命。　双恒压的接口是变频控制器能够节能的特殊结构，双恒压的供　水功能是实现节能的基础。　这种变频式的供水系统应用于一些林区的供水，功率一般不会　过大，由于适用的区域用水流量变换不大，所以一般采用循环水系　统。　２变频供水系统中带小流量泵设备系统　林区的用水不是一直稳定的，主要用于生产以及灌溉等。变频　器对于供水系统的节能作用，主要是在于对水泵工作效率的转换　上，水泵的功率越高，用电量越大。水泵运转效率的大小决定了水泵　功率的大小，像在用水的低谷期，供水系统中的水流量很小，但是水　泵的运转运行不会因为流量变小而发生改变，就会造成水泵出现低　流量运行状态，此时水泵的工作效率就大大减小。因此，这时变频器　就无法达到节能的目的了。　因此，对于小流量以及零流量时供水系统的节能问题就需要进　一步采取措施，在实际的操作中一般都采用了四种方案：①变频主　泵＋工频辅泵；②变频主泵＋工频辅泵＋气压罐；③变频主泵＋气压罐。　多角度分析和综合比较之后，第四种无论是从能耗还是成本上最为　适宜，只需要为原有的供水系统配备上专门针对小流量和零流量的　小型水泵就能解决此类问题。将一至两台流量在３－６ｍ３／ｈ的小型水　泵配备到原有的主频供水泵上，当然，可以根据实际的使用情况选　用水泵的流量。功率的选择一般在１．５到３ｋＷ之间，扬程则需要根　据主泵的扬程选择。　变频柜一般都采用的是ＰＬＣ的控制系统，供水系统的控制是通　过模块化的程序设计。主要的运行方式为：首先，系统在正常流量下　采用的是主泵的循环供水系统，再此情况下变频器可以最大的发挥　作用。当系统中的水量由于需求的减低而减小事，主泵的运转频率　也会跟着降低，当频率降低到特定的规定值时，调节器就会做出反　应，发出切换命令，将系统的供水模式转换到小型水泵系统中。反　之，当系统的用水量加大，切换后的小型水泵不能满足系统的流量　需求之时，ＰＩＤ调节系统又会发出转换信号，在必要的延时之后，系　统切换成为主泵的供水模式。因此，使得整个系统可以最大程度的　提高效率，这样才能真正发挥供水系统的变频节能效果。　３全流量高效变频供水设备　对比较大的林区用水，若单配主泵机组和小流量泵，因小泵流　量ＱＬ和主泵流量ＱＭ差别较大，当流量调节范围在ＱＬ一１／３Ｑｍ时，　水泵的运行效率仍很低，导致水泵运行不经济，浪费电能。并且流量　在大于或接近ＱＬ时还会出现频繁的换泵操作。为实现在全流量范　围内水泵始终能高效率运行，这就有必要再增加一种中流量水泵，　—．１４０——　流量可选为１／３Ｑｍ～Ｉ／２ＱＭ。特殊情况下还可增加２种中流量水泵。　这样整体水泵流量选择呈阶梯状，从而使得设备在任何流量段运行　时均处于水泵的高效率段，更加节能。　变频柜控制核心由ＰＬＣ和多功能ＰＩＤ调节仪构成，以三种泵配　置为例系统也可实现双恒压供水功能，中泵和小泵变频时低恒压供　水，主泵变频时高恒压供水。　４深水井变频供水设备　目前深水井潜水泵采用变频调速控制的也非常广泛，主要是因　为不需再建水塔，设备占地小，建设周期短，水质无二次污染，水泵　软启动软停车，故障率低，大修周期延长，寿命提高。但对夜间也要　求供水的系统（一般居民生活用水都有要求），仍存在夜间小流量“费　电”问题。一般潜水泵功率较大，小流量频率　一般在２８Ｈｚ以上。　如３０ｋＷ的潜水泵，小流量频率按３０Ｈｚ计算，每天夜间近６ｈ内约　有５０ｋＷ・ｈ电能“浪费”，一年就是１８０００ｋＷ・ｈ！这还未计入白天小流　量时的用电。　５生活消防合用变频供水设备　在林区，生活用水的压力并不大，但是消防压力较之于生活压　力则需要专门的考虑。无论在棺材的选取上还是在管路的铺设和设　计上都需要进行专门的实地考察，采取最佳方案配合变频供水设　备，若管材选用适当或消防管路采取防倒流措施，在采用变频设备　及电源可靠条件下，建议高规适当放宽要求应允许生活消防合用供　水设备。同时有以下优点：　５．１生活消防泵组定时轮换运行，不会因消防泵长期不用或管　理不善而使水泵锈死，机组时刻处在工作状态。　５．２生活泵组和消防泵组合用，基本节省一套消防泵组，且便于　设备管理和维护。　５．３设备自动化程度高，供水稳定可靠，且水质无二次污染。　５．４水泵软启动软停车，无冲击和超压危害　系统可按循环软启动变频设备或带小流量泵的循环软启动变　频供水设备选型，主泵流量按生活、消防两者最大的来选择，并留有　１台备用泵，扬程一般按消防设计压力选择。另外还应注意的有以　下几点：　５．４．１应设消防接口，如有消防报警系统应设２４ＶＤＣ无源启停　接口。　５．４－２应有消防时确保消防用水的技术措施，如在生活总管上　安装电磁阀，消防时关闭生活用水。　５．４．３应设水位接口，消防低水位报警，并关闭生活用水。　５．４－４应有双恒压功能，即平时低恒压生活供水，消防时自动转　入高恒压消防供水。　５．４．５消防时应限制退泵操作，以防止压力不稳。　６结束语　６．１供水系统采用变频供水设备可改善供水水质，且自动化程　度高，又是国家节能推广技术。但若选择使用不当，又会造成电能　“浪费”，达不到预期目标。因此建议设计人员和用户在方案确定之　前应根据用水性质、用水特点、用水规模、设备投资等因素综合考　虑，在保证可靠供水前提下，充分发挥变频调速的节能潜力。　６．２较之于之前传统的供水设备，自动化的变频供水系统，可以　快速的对系统中水量变化以及用水需求做出响应，而且变频设备在　系统中控制配置简单，并且分布集中。无论是管理还是成本分析上　都方便简洁，用户可以根据自己身上的情况以及实际的工程特点进　

变频调速给水

1 / 12 变频调速给水

1.1概述

常用的加压供水方式有高位水箱供水、气压供水、变频调速供水、管网叠压（无负压）变频调速供水和管网叠压（无负压）高水位水箱供水等。其耗能、供水安全及防二次污染等方面的比较见表1。

常用供水加压方式比较 表1

项目 1 2 3 4 5

供水加压方式 高位水箱供水 气压供水 变频调速供水 管网叠压（无负压）变频调速供水 管网叠压（无负压）高水位水箱供水

组成 水池+工频泵+高位水箱 水池+工频泵+气压罐 水池+变频调速水泵 稳流罐+变频调速水泵 稳流罐+工频泵+高位水箱

水泵运行工况 均在高效区段运行 比1稍差 部分时段低效运行 能利用市政剩余水压、部分时段低效运行 能利用市政剩余水压、均在高效区段运行

能耗 1 >1 1～2 ≈1 <1

供水安全性 好 比1差 差 差 比1稍差

供水压力 ΔP≤水箱高低水21PP=0.45～0.85 ΔP≤0.01MPa ΔP≤0.01MPa ΔP≤水箱高低水位差

水质二次污染差 较差 较差 好 好 变频调速给水

2 / 12 情况

投资 1 <1 <1 <1 <1

运行费用 1 稍>1 >1 ≈1 <1

注：1.表中P1、P2表示气压水罐的最低、最高工作摇篮，绝对压力（MPa）；ΔP

为实际压力波动值。

2.管网叠压（无负压）高位水箱供水方式中的高位水箱不同于高位水箱供水

方式的水箱，应为采取了空气过滤装置的密闭水箱。

近年来，管网叠压（无负压）变频调速供水方式已在不少城市使用。但是，该供水方式有一定的适用范围和局限性，不是万能的，不是哪种场合都能使用的。故变频调速供水方式仍是目前应用较广的供水方式。在应用中应合理选用水泵，加长水泵在高效区的工作时间，因地制宜，发挥其应有的节能效果。

变频调速供水方式适用于每日用水时间长、用水量经常变化的生活和生产给水系统，凡需要增压的给水系统及热水系统均可选用。该供水设备的优点主要表现在设定水泵出水压力的情况下，水泵的出水量（用户用水量）可通过变频调速改变供电频率进而改变水泵转速来实现；供水压力一直被控制在设定的压力下，不会出现用水小时管网压力超过设定压力的现象。缺点是当供水范围较小、用水变化幅度过大时，节能效果不明显，甚至不节能；对电源要求较高，必须可靠，保护功能要齐全。

第２２卷第２期　２０Ｏ６年４月　有色矿冶　Ｎ０Ｎ—ｌ翟曩曩０Ｉ　＾田　ⅡＮＧ　ＡＮＤ　ｈ日ｒⅨＬｌＩ珏≈ＧＹ　Ｖｄ．２２．№２　

Ａｐｒｉｌ　２００６　

文章缠号：１００７－９６７Ｘ（２００６）０２－００５５—０２　

变频调速供水设备在工矿企业给水方面的应用探讨。　

王立新　

（沈阳有设冶金设计研究院，辽宁沈阳ｉｔ０００３）　

擒要：为把工矿企业供水提高到节能安全可靠性程度上．讨论应用变摹夷调速技术的节能效果。对比恒　

压变量与变压变量两种方式的节能效果进行对比分析。　

关键诃：变频调速；节能　

中囝分类号：ＴＤ９２８．６文献标识码：Ａ　

改革开放以来．给水技术的发展与应用是另人欣　

慰的．从原来的恒速泵供水发展到气压供水．从气压的　

单一品种发展到若干品种．从单一功能发展到若干功　

能。电机变频器的引进与应用．使恒速泵的变频调速　

成为现实。由于它节能、节水、节材、节地．结构简单．　

运行可靠．因而产生了良好的社会效益和经济效益。　

它的进一步发展与应用将对给水技术的提高，起到极　

大的促进作用。　

１工矿企业的供水特点　

工矿企业部门很多．生产工艺多种多样。生产用水　

的水量要求差异很大．单就一般情况来说具有以下三　

个特点：　

１．１某些工业用水量较大。　

石油化工、化纤、火力发电、钢铁、矿山及造纸业等　

都是用水大户。即使煤炭、水泥等行业的用水量亦在　

大户范例。举个例子．一个百万人口的城市，按用水标　

准１５０　ＩＪ人－日计．每天的生活用水量也不过十几万　

ｍ３。而年产１５０万ｔ的钢铁厂每天的用水量约为百万　

ｍ３．４００万ｔ／年煤矿日用新水量为一万ｍ３．磷石膏制硫　

酸联产六万ｔ水泥项目日用水量近两万ｍ３。　

１．２用水的均匀性　

大中型工矿企业在工作制度上一般为２　ｈ连续工　

作。而其水的用途。冷却水占有很大的比例。因此，用　

水量虽有一定的不均匀性。但其变化幅度比纯生活用　

水是相对小一些的。　

１．３供水的安全可靠性　

受经济效益、生产工艺、劳动安全及设备本身的需　

・７４・　林业科技情报　２ｏ０８　Ｖｏ１．４０　Ｎｏ．３　浅谈对变频生活给水设备节能的认识　李世明　（黑龙江省林业设计研究院）　【摘　要］　变频生活给水设备具有节能功能，但我们需进行说明：“变频器的节能不是无限制的”，同时也对使用变频器的用　户进行了说明。　［关键词］　变频生活给水设备；节能　Ａ　Ｂｒｉｅｆ　Ｔａｌｋ　Ｏｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　Ｏｆ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　Ｌｉｆｅ　Ｆｅｅｄｗａｔｅｒ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｌｉ　Ｓｈｉｍｉｎｇ　（Ｆｏｒｅｓｔ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｏｆ　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｌｉｆｅ　ｆｅｅｄｗａｔｅｒ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ．Ｂｕｔ　ｉｔ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｕｎｒｅ—　ｓｔｒａｉｎｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｔａｔｅｓ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｕｓｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｌｉｆｅ　ｆｅｅｄｗａｔｅｒ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｌ变频在给水中的功能　其一，采用变频调速是以变量恒压为前提，来发挥最　大限度节能的。变频ＰＩＤ闭环控制系统，在不同用水流量　下，输出相应频率，来改变水泵转速，达到恒压的目的。　由于变频调速的原理，决定了变频的最大特点“因需而　供”。　其二，由于变频调速具备压力可调（在水泵扬程范围　内）功能，可解决由于管网需要的压力与水泵扬程的矛盾。　如选择高扬程水泵可在其良好的性能范围内按需要调节扬　程，这样为适应相应的压力在选择水泵方面提供了方便。　其三，变频凋速控制的水泵在起动时，电机频率会逐　渐升到工频频率，压力也是逐渐升高，这样就避免了水流　冲击造成的管路、仪表、阀门、法兰等损坏。变频调速对　于电网要求较高的场合，防止因水泵功率较大突然启动造　成电网波动，缓解对电网的冲击，避免影响或损坏其他用　电设备的使用。　２节能不是无限制的　变频调速（恒压）变量供水，电机频率随用水流量的　变化而变化。　如：用水量增加一频率上升一转速上升输出功率增加；　用水量减小一频率下降一转速下降一功率减小，即　“多用水，多耗电”；“少用水，少耗电”，但不是“不用水，　不耗电”。　如：某住宅小区一变频生活供水设备：采用水泵型号　为：６５ＤＬ３２—１５Ｘ６（流量Ｑ＝３２ｍ３／ｈ，扬程Ｈ＝９０ｍ，功率　Ｎ＝１５ｋｗ），采用瑞典ＡＢＢ变频器型号为：ＡＣＳ４００—０１６—３　一ｘ（功率Ｎｌ５ｋｗ）。在用水低潮流量Ｑ　ｏｌｎ）’／ｈ时，如设备　不采用变频调速控制，经测算水泵输出功率约１０．６ｋｗ／ｈ　（水泵扬程Ｈ＝９８ｍ）；若采用变频调速控制，水泵输出功率　约７．２ｋｗ／ｈ（水泵扬程Ｈ＝９０ｍ），变频器自身耗电功约　０．４５６ｋ￣／ｈ，耗电总功率为７．６５６ｋｗ／ｈ。因而，即使在稳压状　态（或趋于零流量）也需耗能，“不用水，不耗电”是不可　能的，但“少用水，少耗电”是肯定的。　在用水高峰期，水泵处于额定工作状态，是否采用变　频调速控制，水泵功率都为１５ｋｗ／ｈ，变频器自身耗电功率　０．４５６ｋｗ／ｈ，即采用变频调速控制时耗电总功率为１５．４５６ｋｗ／　ｈ。　此例说明，生活给水设备在变频调速控制正常使用情　况下：输出总功率Ｐ＝７．６５６ｋｗ～１５．４５６ｋｗ范围，最小耗电　功率７．６５６ｋｗ／ｈ；非变频控制：输出总功率Ｐ＝１０．６ｋｗ／ｈ～　１５ｋｗ／ｈ范围。最小耗电功率１０．６ｋｗ／ｈ　因而变频生活给水　设备与非为频生活给水设备相比，耗电功率最大差为用水　低潮期，最低输出功率差：１０．６ｋｗ一７．６５６ｋ＇ｗ一３ｋｗ。所以，　节省电能与额定电能比值为最大２０％，对任何型号的变频　器控制也说明其节能不是无限制的。　必须承认水泵在额定工况下：使用变频调速控制耗电　不但没有减少，而且与电网直接供电相比为多耗电。因为，　我们要不要采用变频调速控制呢？答案是肯定的。　原因一：设备的额定供水量是按建筑给水在最大条件　下的需水量计算确定的，在正常使用下，用水量将少于设　备的额定供水量，即设备不会处于满负荷状态。　原因二：变频器的自身耗电为其额定输出功率的３％，　而其最大节电度达到２０％。因而，在较长时间内使用仍可　达到非常节能的效果。　原因三：“少用水，少耗电”也就是说当用水量小于额　定供水量时设备已处于节能状态。由于生活用水负荷变化　曲线变化很大，～般情况每日用水高峰期（常在以下几个　阶段：早上５：３０—８：００、中午１２：０ｏ一１４：００、晚上１７：　ｏｏ一２０：３０）共约为８ｈ，用水量较大，水泵基本处于额定　工况下；用水低潮为其余２／３时间，水泵处于稳压或体眠　状态，即发挥其节能功能。　３结语　综上所述，采用变频凋速控制与非变频凋速控制在节　能方面相比，前者比后者节能，但节能不是无限制的，不　是个人主观所能要求的，应客观的认识变频。