实现恒压供水的多泵并联控制系统

1.多泵并联恒压供水控制方案

在用水高峰区，如果单泵功率不够大，额定频率下运行完全不能够达到恒压的标准要求，则可采用多泵并联运行，实现恒压供水。多泵并联运行的恒压供水系统有多种方案，在城市自来水厂的清水泵、中大型水泵站、供热水中心站等的变频技术改造方案中常见的有以下几种方案（以三台为例）。

（1）如图7.9 （a）所示，2、3 号水泵按工频运行，保证基本的供水压力要求，1 号水泵作为辅助，调节供水系统的水压。这种方案初期投资较省，但节能效果较差，当2、3 号水泵输出水压高于1 号泵时，会产生湍流损耗。

图7.9　恒压供水系统控制方案示意图

（2）如图7.9 （b）所示，多台水泵并联恒压供水，采用信号串联方式，只用一个传感器。其优点如下：

①节省成本。只要一套传感器及PID，如图7.10 所示。

②实现恒压供水时，当流量变化，泵的开动台数通过PLC 控制而变化。最少时1 台，中等量时2 台，较大量时3 台。当变频器不工作停机时，电路（电流）信号是通路的（有信号流入，无输出电压和频率）。

③更有利的是，因为系统只有一个控制信号，即使3 台泵投入不同，但工作频率相同（即同步），压力亦一致，这样湍流损耗为零，即损耗最小，所以节电效果最佳。

图7.10　信号串联方式

2.多泵自动平稳切换策略

主水管网压力传感器的压力信号4～20 mA 送给数字PID 控制器，控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID 运算，并给出信号直接控制变频器的转速以使管网的压力稳定。当用水量不是很大时，一台泵在变频器的控制下稳定运行； 当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压力稳定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC 检测到，PLC 自动将原工作在变频状态下的水泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将第二台水泵用变频器启动后投入运行，以加大管网的供水量，保证压力稳定。若两台泵运转仍不能保证管网的压力稳定时，则依次将变频工作状态下的水泵投入到工频运行，而将第三台水泵投入变频运行。当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在最低转速，最低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC 首先将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC 再停掉一台工频运行的电动机，直到最后一台水泵用主频器恒压供水。另外，控制系统可设计六台泵分为两组，每组泵的电动机累计运行时间可显示，24h 轮换一次，既保证供水系统有备用泵，又保证系统的水泵有相同的运行时间，确保泵的可靠寿命。

3.恒压供水系统基本参数(www.xing528.com)

1）基底频率

变频调速系统中，减小基底（基本频率）是提高启动转矩最有效的方式。

基底频率即启动达到额定电压时的频率，一般变频器出厂时都设定为50 Hz，在额定电压为380 V 的情况下达到此值，即U/f=380/50=7.6=C。其物理意义： U/f=7.6 是频率增大时的电压上升率，一般不需要改变这个值，大部分用户对此也不做改变。但在实际使用中，这样做并不合理，因为当某些设备对启动力矩要求较大时，按原设定的基底频率往往无法启动，会发生跳闸故障，造成启动失败。

表7.1 所示为基底频率与转矩关系，由表7.1 知，由于启动转矩大幅提高，所以一些难以启动的设备，例如挤出机、清洗机、甩干机、混料机、涂料机、混合机、大型风机、水泵、罗茨鼓风机等均能顺利启动，这比通常提高启动频率进行启动效果明显。使用此方法，再采用由重载启动变轻载启动、提高电流保护值等措施后，几乎一切设备都能启动。所以采用减小基底频率来提高启动转矩的方法是最有效的，也是最方便的办法。

基底频率减小不一定要一次性下降至30 Hz，可采用每级5 Hz 逐步下降，下降到能启动系统即可。

表7.1　基底频率与转矩关系

基底频率下限不能低于30 Hz，从转矩来看，下限越低转矩越大。但亦要考虑，随着电压上升过快，动态du/dt 过大，对IGBT 有损伤。实际使用结果证明，基底频率由50 Hz 下降到30 Hz 时，在此范围使用较为安全，此方法是提升转矩的有效措施。

2）动压、静压、全压参数

静压是水泵出水口压力，即从水泵出水直至最高点时所需的压力（扬程），一般每10 m高水柱是1 kg 水压。

动压是水流动过程中，液体与管壁，阀门（调节阀、制回阀、减压阀等）、同一断面不同层存在的流速差所引起的阻力造成的压力降，这部分计算很困难，按实际经验，动压最大时可取静压值的20％。

无论是单台运行还是多台并联运行，水泵一定要设定上、下限频率。上限频率不能超过50 Hz，下限频率约为30 Hz，若频率过低，造成大量空气溶入水中，待启动水泵时，易产生气室，形成高压危险。