CHV160供水专用变频器的应用

英威腾CHV160A系列供水专用变频器的住宅小区供水系统上应用

【摘 要】： 本文介绍了英威腾CHV160A系列供水专用变频器的特点以及在生活消防共用给水系统中

的应用以及技术和经济分析。

【关键词】： 英威腾CHV160A系列供水专用变频器变频器、 生活消防共用给水系统、恒压供水 PID

控制。

一、 前言

水是人类最宝贵的资源，是人类生存的基本条件，又是国民经济的生命线，水工业是以城市及工业为对象，以水质为中心，从事水资源的可持续开发利用，以满足社会经济可持续发展的所需求水量作为生产目标的特殊工业。在水的开采、加工、输送利用过程中，供水设备是其必不可少的工具。随着变频技术的日益成熟，利用变频器、压力传感器等器件的有机结合，构成压力闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量；采用变频调速技术不仅能使住宅小区供水系统上维持在所期望的状态，可使整个系统工作状态平缓稳定，更重要的是其节能效果高达30%以上。

恒压供水系统对于用户是非常重要的。在生产生活供水时，若自来水供水因故压力不足或短时断水，

可能影响生活质量，严重时会影响生存安全，如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，用水区域采用恒压供水系统，能产生较大的经济效益和社会效益。

二、 供水现状与恒压供水设备

一般规定：现代住宅小区的发展，往往集生活、商业和生产于某一特定区域。随着建筑物的增高，生

产生活用水供给问题日益突出，它主要反映在二个方面：一是生活用水的恒压供水问题，二是高层建筑的消火栓和商场火灾自动喷淋压力供水问题。

在上世纪八、九十年代，每幢高层建筑其供水系统为生活用水泵和消防用水泵分为二组，每组为二台，一用一备，并且互为备用，采用传统的继电器开环控制。当工频电压直接供水时，因用户的用水是经常变化的，供水的不足和过剩的情况时有发生。而用水和供水的不平衡集中反映在供水的压力上，这时的控制系统只能控制水位而不能控制用水的恒压供水，这就导致用水高峰时，高层住户没有水用的状况，供水质量差。另外水泵起动和停机时水管内存在“水锤现象”。此外，还存在机组占地面积大，噪音干扰严重，能耗大和需人工值守等问题，显然已不能适应现代住宅小区的发展需要，供水质量也无法得到保证。

随着城市的发展和人们居住理念的变化，城市住宅由纯多层住宅或纯高层住宅向具有一定规模的多层、小高层、高层住宅组合而成的居住小区转化，在这些新兴的居住小区中，如何合理选择生活消防共用给水系统方式已成为给工程设计中一个新的课题。

小区供水系统用于对小区内生活、消防和喷淋用水的自动供给，是住宅小区公用设施的重要组成部分。

为生活给水系统和消火栓供水系统合用，平时满足生活供水系统的流量及扬程要求，在火灾时进行频率切换，根据消火栓系统的流量和扬程要求而改变工况点，满足消防供水要求，由于火灾时按消防工况工作，故水泵扬程增大，生活给水系统需分区，低区设调压式减压阀以保证最不利点处静水压力不超过生活水管网最大承受压力。

以前，供水系统通过对水泵、阀门等设备的开、关和联锁来实现小区的正常供水，从而达到居民正常生活和人员、设备安全的目的。小区供水系统的自动化程度不高，其电气控制部分一般采用传统的继电器进行控制。但是，继电器控制回路存在多种弊端，如继电器由于长期动作容易造成咬死和损坏、继电器回路接线复杂且维护困难、继电器回路难以实现复杂逻辑的控制、继电器回路控制方案不易修改等。随着变频技术、计算机技术控制技术和通讯技术的发展，现在供水系统越来越多地采用先进、可靠、实用的变频器进行控制，以提高设备运行的可靠性和供水系统的经济性。

三、恒压供水原理

用户用水量一般是动态的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。

在供水系统中，供水管网中的气压能够充分反映供水能力与用水需求之间的关系：

若：供水流量＞用水流量 → 供水管网压力上升 若：供水流量＜用水流量 → 供水管网压力下降 若：供水流量＝用水流量 → 供水管网压力不变

所以，供水管网的压力恒定，保证供水系统需多少用水量就供多少量水，完全免除供水系统中所造成的浪费，这就是恒压供气系统所要达到的目的。

通过安装在供水管网上的高灵敏度压力传感器来检测供水管网在用水量变化时的压力变化，不断向变频器传输变化的信号，经过微电脑判断运算并与设定的压力比较后，向控制器发出改变频率的指令，控制器通过改变频率来改变水泵电机的转速与启用台数，自动调节峰谷用水量，保证供水管网压力恒定，以满足用户用水的需求。

另外，水泵配套电动机从静止到稳定转速可由变频调速系统实现软启动，避免了启动时的大电流和启动给水泵配套电动机带来的机械冲击。

供水自动控制系统工作时，整个控制过程如下：

用水需求增加——供水管网压力下降——压力设定值与反馈值的差值上升——PID输出上升——变频调速系统输出频率上升——水泵配套电动机转速上升——供水流量增大——供水流量趋于稳定

反之：用水需求减少——供水管网压力上升——压力设定值与反馈值的差值下降——PID输出下降——变频调速系统输出频率下降——水泵配套电动机转速下降——供水流量减少——供水流量趋于稳定

四、改造方案

1、设备概况

市政管网自来水通过水位控制，自动把水注满储水水池，水位低于高水位，则自动向水箱注水。水池高低水位信号作为水位报警。保持供水连续性，水位上、下限传感器高低距离较少。生活用水和消防用水共用四台泵，平时电磁阀关闭消防水管网，四台泵生活用水多少，按一定控制逻辑运行，平时由生活泵工作，按生活供水压力工作(第一压力)，维持生活用水低恒压。当有火灾发生时，电磁阀关闭生活用水管网，使生活用水管网最不利点处静水压力不超过生活水管网最大承受压力。四台泵供消防用水使用，将管网压力调到消防所需的压力(第二压力)，并维持消防用水高恒压值及保证生活水管网恒压值。火灾结束后，四合院台泵改为生活供水使用，管网工作压力恢复到生活管网压力(第一压力)。此时，系统又处于正常的生 活供水状态。 环形管网压力显示市政管网自来水阀门水位控制小区自来水池阀门水泵A阀门阀门水泵B阀门生活水管网生活水管网消防水管网消防水管网阀门水泵C阀门阀门休眠水泵阀门 生活/消防双恒压供水系统示意图 ? 现场设备参数如下: 型号 扬程 转速 65-315(I)A 110m 2900r/min 流量 效率 电机功率 56m3/h 56% 37kW ? 用户对二泵生活/消防双恒压供水系统基本要求 (1) 生活供水时，系统低恒压运行，消防供水时高恒压值运行; (2) 二台泵恒压需要，采取先开先停原则接入和退出; (3) 用水量小情况下，一台泵连续运行时间超过1天，则要切换下一台泵，系统具有倒泵功能，避免一 台泵工作时间过长; (4) 二台泵启动时都要有软启动功能; (5) 要有完善报警功能; (6) 对泵操作要有手动控制功能;手动只应急或检修时使用。 2、 配置方案

采用了深圳英威腾电气股份有限公司的自主研发、生产的CHV160A系列的供水专用变频器，可快速装配成恒压供水系统，它集变频调速技术、PLC技术、PID控制技术等为一体，可组成完整的闭环自动控制系统。我们进行改造的一些心得。现将其中的改造情况介绍如下: (1)、变频器配置

根据现场的额定参数和实际运行工况，再结合我公司的CHV160A系列的供水专用变频器在其它工程地应用情况，我公司为其改造设备配置如下变频器，其主要地参数如下：

序号 1 2 3 4 5 6 说明 (2)、系统介绍

变频恒压供水控制系统主要是由CHV160A系列的供水专用变频器、压力变送器、水位变送器、交流接触器等其它电控设备以及3台水泵和一台小流量泵等构成。其中CHV160A系列的供水专用变频器具有变频

变频器项目 变频器型号 额定输出功率 额定输入电流 额定输出电流 额定电压 变频器数量 需要配置该变频器专用供水卡继电器输出 参数 CHV160A-037-4 37KW 76A 75A 380V 1台 调速技术、PLC技术、PID控制技术等为一体，可组成完整的闭环自动控制系统。

CHV160A系列供水专用变频器压力反馈压力显示水位控制压力给定环形管网市政管网自来水阀门小区自来水池阀门水泵A阀门阀门水泵B阀门生活水管网生活水管网消防水管网消防水管网阀门水泵C阀门阀门休眠水泵阀门 如上图所示。在供水系统总出水管上安装压力变送器检测出水压力，在蓄水池安装液位变送器，检测压力变送器和液位变送器输出的4-20mA信号，将检测的压力信号与设定的压力信号经过变频器PID运算后，通过控制变频器的输出频率来调整电动机的转速，保持供水压力的恒定，这样就构成了以设定压力为基准的压力闭环系统；自动检测水池水位信号与设定的水位低限比较，输出水位低报警信号或直接停机。变频器可以显示电源电压、电流、变频器输出频率、实际供水压力和设定供水压力和各泵的工作状态等信息。该系统还设有多种保护功能，尤其是强电逻辑硬件互锁功能，从而保证正常供水，且可以做到无人值守。

(3)、电气控制系统原理图

电气控制系统原理图包括主电路图、控制电路图及I/O接线图三部分。在控制电路设计中，注意到系统自动/手动转换、每台水泵的变频接触器和工频接触器、各水泵的变频接触器在电气上的连锁，防止系统中出现一台水泵工频和变频电源同时接通或多台水泵同时接通变频电源的现象。系统主要控制回路如下图所示：

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主电回路图

如下图所示：四台电机分别为M1、M2、M3、M4。接触器KM1、KM2、KM3、KM4，分别控制M1、M2、M3、

M4的工频运行；接触器KM5、KM6、KM7，分别控制M1、M2、M3的变频运行；FR1、FR2、FR3、FR4分别为四台水泵电机过载保护用的热继电器；QM1、QM2、QM3、QM4和QM5分别为四台泵电机和一台变频器主电回路的隔离空气开关； QF为主电回路的断路器；CHV160A系列的供水专用变频器。

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