水利水電技術(shù)第33卷2002年第9期變頻節(jié)水節(jié)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(diào)速技術(shù);節(jié)水;節(jié)能;城鄉(xiāng)供水;農(nóng)業(yè)灌溉;自動(dòng)控制裝置中圖分類號(hào):TK730.41+TV991+S274.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):000-086020029-005103立項(xiàng)背景及技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)出了四個(gè)系列的變頻調(diào)速節(jié)水節(jié)能裝置,這些變頻節(jié)水節(jié)能產(chǎn)品除了變頻調(diào)速器和PLC外其他已全部國(guó)水資源及能源緊缺是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(jié)水節(jié)能是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基本國(guó)策.置和CX-D系列變頻恒壓節(jié)水灌溉自動(dòng)控制裝置.美國(guó)從20世紀(jì)90年代將變頻節(jié)水節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于平本項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)(1肥交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)移式、軸轉(zhuǎn)動(dòng)式噴灌機(jī)及管道灌溉等系統(tǒng)經(jīng)測(cè)試其節(jié)用于城鄉(xiāng)供水及農(nóng)業(yè)灌溉中,達(dá)到節(jié)水節(jié)能效果(2)能率為39%~56%,節(jié)水率為15%~30%,既穩(wěn)定了管根據(jù)項(xiàng)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(jié)水節(jié)能便于自動(dòng)化管化程度〔3根據(jù)實(shí)際需要研制出多段壓力設(shè)置轉(zhuǎn)換理但其價(jià)格昂貴.當(dāng)時(shí)在我國(guó)城鄉(xiāng)供水及水泵抽灌電路適應(yīng)農(nóng)業(yè)多種灌溉方式(4將變頻調(diào)速技術(shù)、可系統(tǒng)中水泵一旦開始工作電機(jī)便以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)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(dāng)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(tǒng)通過(guò)閥門2變頻調(diào)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(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n可以用下式表示能與水資源的浪費(fèi).(1)九五”期間我國(guó)在工業(yè)上將交流變頻調(diào)速技術(shù)列為新技術(shù)推廣項(xiàng)目,但當(dāng)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(yīng)用.為改善上述資源浪費(fèi)狀況生產(chǎn)出價(jià)格低廉農(nóng)電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)業(yè)能夠接受的變頻節(jié)水節(jié)能控制裝置,水利部西北水異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率利科學(xué)研究所承擔(dān)了水利部948″計(jì)劃項(xiàng)目變頻節(jié)水由式(1河見當(dāng)平滑地改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻節(jié)能技術(shù)”,本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)為交流變頻調(diào)速技術(shù).率∫時(shí)即可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n1998年12月,我們引進(jìn)了德國(guó)的8210和8220系列根據(jù)水泵的相似原理變頻器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)指標(biāo)、性能參數(shù)檢測(cè)方法和部分Q2/Q1=n2/m1(2)樣機(jī).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)路線是引式中的QH、Pn分別為水泵的流量、揚(yáng)程、軸功率和進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)并對(duì)其消化吸收在此基礎(chǔ)上開發(fā)外圍轉(zhuǎn)速.技術(shù)研制并生產(chǎn)變頻節(jié)水節(jié)能產(chǎn)品并重點(diǎn)進(jìn)行推廣應(yīng)用mYH中國(guó)煤化工于轉(zhuǎn)速控制比基于CNMHG該項(xiàng)技術(shù)引進(jìn)后,我們對(duì)進(jìn)囗樣機(jī)的性能參數(shù)進(jìn)收稿日期:200201-19行了全面測(cè)量和記錄,在消化吸收的基礎(chǔ)上研制開發(fā)作者簡(jiǎn)介:王孝儉(1960-)男陜西楊凌人高級(jí)工程師HtrR數(shù)據(jù) dropower Engineering Vo3M9王孝儉等∥變頻節(jié)水節(jié)能技術(shù)流量控制可以大幅度降低軸功率.制調(diào)整變頻器輸出的電源頻率改變水泵轉(zhuǎn)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(shè)定壓力趨近.這個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)通過(guò)不斷檢測(cè)、不斷調(diào)整的反復(fù)過(guò)程實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力恒定,3.1基本構(gòu)成從而使水泵根據(jù)需水量自動(dòng)調(diào)節(jié)供水量達(dá)到節(jié)能節(jié)整個(gè)恒壓供水系統(tǒng)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(jī)組合而成(見圖1)該裝置由PLC的主要控制作用(1控制多臺(tái)水泵(包括備變頻器(內(nèi)含PID調(diào)節(jié)器可編程時(shí)控開關(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(yuǎn)傳壓力表、水位傳制備用泵的自動(dòng)啟動(dòng).當(dāng)?shù)谝慌_(tái)水泵電機(jī)以變頻方式感器及相關(guān)電氣控制部件構(gòu)成,是一種具有變頻調(diào)速運(yùn)行并達(dá)到額定功率(即變頻器輸出電源頻率達(dá)到和全自動(dòng)閉環(huán)控制功能的機(jī)電一體化智能設(shè)備(見圖50Hz)而供水管網(wǎng)壓力未達(dá)到設(shè)定壓力時(shí),第二臺(tái)2),它可同時(shí)對(duì)一臺(tái)或多臺(tái)三相380V,50Hz的水泵水泵電機(jī)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)并以工頻方式運(yùn)行這時(shí)若管電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制網(wǎng)壓力仍不能達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)第三臺(tái)水泵電機(jī)會(huì)自遠(yuǎn)傳壓力表動(dòng)啟動(dòng)第一臺(tái)水泵仍以變頻方式運(yùn)行,達(dá)到保持管網(wǎng)恒壓的目的投入運(yùn)行的水泵數(shù)量由裝置根據(jù)管網(wǎng)壓力自動(dòng)控制至用戶水位顯示控制器設(shè)有上、中、下3個(gè)水位控制限,壓力檢當(dāng)池水位從上限降到中限位置時(shí)控制器輸出補(bǔ)水泵啟動(dòng)信號(hào)使補(bǔ)水泵向池內(nèi)補(bǔ)水補(bǔ)至上限時(shí)控制器輸出補(bǔ)水泵停機(jī)信號(hào)停止補(bǔ)水;當(dāng)池水位降到下限時(shí)控制器輸出取水泵停機(jī)信號(hào)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(fù)取水補(bǔ)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(tǒng)組成控制功能(1煅有手動(dòng)/自動(dòng)切換電路當(dāng)切換至自動(dòng)位置時(shí)系統(tǒng)可根據(jù)出口壓力變化自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻泵的轉(zhuǎn)速和自動(dòng)啟動(dòng)、停止備用泵以維持出囗壓力恒定,當(dāng)變頻控制電路岀現(xiàn)故障時(shí),可切換至手動(dòng)位置使水可編程時(shí)控開關(guān)泵直接在工頻下運(yùn)行保證正常供水;(2)能夠在1d遠(yuǎn)傳壓力表內(nèi)設(shè)置1-9個(gè)供水時(shí)間段,一周內(nèi)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(jī)保護(hù)補(bǔ)水器泵自動(dòng)開機(jī)補(bǔ)水蓄滿水后補(bǔ)水泵自動(dòng)停機(jī)蓄水池水位以數(shù)字顯示(5)故障顯示及報(bào)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(hù)等電氣保補(bǔ)水泵3號(hào)取水泵2號(hào)取水泵1號(hào)取水泵-護(hù)功能圖2變頻恒壓供水自動(dòng)控制裝置結(jié)構(gòu)原理框圖4∝X-D系列變頻恒壓節(jié)水灌溉自動(dòng)控制裝置32工作原理4.1基本構(gòu)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(guó)煤化工列變頻恒壓節(jié)水灌式工作時(shí),水泵電機(jī)以軟啟動(dòng)方式啟動(dòng)后開始運(yùn)轉(zhuǎn),溉自動(dòng)控CNMH與成(見圖1)一些由遠(yuǎn)傳壓力表檢測(cè)供水管網(wǎng)實(shí)際壓力管網(wǎng)實(shí)際壓力節(jié)水灌溉基地設(shè)計(jì)有噴灌、微噴灌、滴灌等多種灌溉方與設(shè)定壓力經(jīng)過(guò)比較后輸岀偏差信號(hào),由偏差信號(hào)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(jié)水節(jié)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(chǔ)上增加了多段壓裝置不但能夠節(jié)水節(jié)能而且提高了供水質(zhì)量保證力設(shè)置轉(zhuǎn)換電路,它可同時(shí)對(duì)一臺(tái)或多臺(tái)三相水泵電了供水管網(wǎng)的安全運(yùn)行機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制見圖3)在農(nóng)業(yè)灌溉方面2001年6月為“99全國(guó)節(jié)水示范工程秦都項(xiàng)目區(qū)(咸陽(yáng)市秦都區(qū)雙照鎮(zhèn)龍泉南村)節(jié)L1、L2、L3灌系統(tǒng)″設(shè)計(jì)并安裝了變頻恒壓節(jié)水灌溉自動(dòng)控制裝r一-可編程時(shí)控開關(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(jù)2001年7~12月資料統(tǒng)計(jì),節(jié)電17%,節(jié)水19%.2001年12月同陜西省農(nóng)墾農(nóng)工商總公司獨(dú)接簽訂了合作合同,為該公司華陰農(nóng)場(chǎng)節(jié)水灌溉增效示范項(xiàng)目設(shè)計(jì)安裝6套變頻恒壓節(jié)水灌溉自動(dòng)控制裝器/換電置.該示范項(xiàng)目實(shí)施完成后,變頻恒壓節(jié)水灌溉自控裝置與灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),將形成目前我國(guó)較高液位傳感器標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)水灌溉自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)控制滴灌面積76hm33號(hào)取水泵2號(hào)取水泵1號(hào)取水泵圖3變頻恒壓節(jié)水灌溉自動(dòng)控制裝置結(jié)構(gòu)原理框圖變頻恒壓自動(dòng)控制裝置,不但可廣泛應(yīng)用于高層建筑和自來(lái)水廠的供水系統(tǒng)中,而且能應(yīng)用于農(nóng)業(yè)水42工作原理泵抽灌系統(tǒng)中并在農(nóng)業(yè)抽灌系統(tǒng)中剛剛開始應(yīng)用其CX-D系列變頻恒壓節(jié)水灌溉自動(dòng)控制裝置除多節(jié)水節(jié)能技術(shù)具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景.段壓力設(shè)置轉(zhuǎn)換電路外其他部分的工作原理與CX-B*水利部948″計(jì)劃項(xiàng)目(975153)系列變頻恒壓供水自動(dòng)控制裝置相同.多段壓力設(shè)置(責(zé)任編輯陳小敏)轉(zhuǎn)換電路中設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的控制信號(hào),壓力設(shè)置轉(zhuǎn)換電路自動(dòng)轉(zhuǎn)換到相應(yīng)壓力檔位,該裝置就在這一設(shè)定壓力下以恒壓供水實(shí)現(xiàn)節(jié)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(zhuǎn)換功能.5加強(qiáng)變頻節(jié)水節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和推廣引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)主要的目的在于推廣應(yīng)用,把變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于水利行業(yè)及農(nóng)業(yè),實(shí)現(xiàn)了節(jié)能節(jié)水幾年來(lái),通過(guò)向社會(huì)積極宣傳變頻節(jié)水節(jié)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(nóng)業(yè)所接受在城鄉(xiāng)供水方面,我們已經(jīng)推廣應(yīng)用變頻恒壓供水自控裝置12套根據(jù)對(duì)其中四套裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算可知可節(jié)約電能25%~50%節(jié)水3%-10%各臺(tái)裝置的節(jié)能率和節(jié)水率差異較大,其主要原因是各裝置的運(yùn)行環(huán)境差異較大,用水高峰與低谷流量差值大的裝置節(jié)能率高,用水高峰與低谷流量差值小的中國(guó)煤化工裝置節(jié)能率低;供水管路完好率高的系統(tǒng)使用該裝置CNMHG后節(jié)水效果不顯著供水管路完好率低的系統(tǒng)使用該裝置后,節(jié)水效果顯著(由于恒壓供水減少了管網(wǎng)高水利水電方數(shù)括2002年第9期