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供水系統(tǒng)電氣控制方式的選擇與優(yōu)化配置方案研究

發(fā)布時(shí)間:2019-06-03  發(fā)布作者:

 摘 要:本文先對(duì)供水系統(tǒng)的水泵電機(jī)以及閥門等控制方式的設(shè)計(jì)、使用及維護(hù)等方面進(jìn)行分析,然后通過列舉案例的方式提出了供水系統(tǒng)的電氣控制方式選擇以及配置方案的優(yōu)化策略,以此簡(jiǎn)化配置、降低能耗,減少有關(guān)人員對(duì)供水系統(tǒng)的維護(hù)工作量,進(jìn)而確保供水系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行,為人們提供可靠的供水服務(wù)。

 
供水系統(tǒng)一般是由水泵、閥門以及拖動(dòng)電機(jī)構(gòu)成。其中拖動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行方式及控制方式會(huì)對(duì)水泵與閥門的正常運(yùn)行造成影響,進(jìn)而影響到整個(gè)供水系統(tǒng)的安全。與此同時(shí),拖動(dòng)電機(jī)還會(huì)涉及到系統(tǒng)的節(jié)能性、投資和長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)維護(hù)的工作量及故障發(fā)生的頻繁程度等?梢娤到y(tǒng)電氣控制作用極為重要。
 
1 供水系統(tǒng)常用電氣控制方式
通常情況下水泵電機(jī)的常見起動(dòng)控制方式有工頻全壓直接起動(dòng)、工頻降壓?jiǎn)?dòng)與工頻全壓運(yùn)行,并且工頻降壓又包括自耦變降壓與星三角降壓。系統(tǒng)閥門的開關(guān)閉合全靠控制閥門電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)以及機(jī)械傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。以下是供電系統(tǒng)不同設(shè)備的具體應(yīng)用情況:
 
工頻全壓直接起動(dòng)控制方式的線路接線較為簡(jiǎn)單,并且維護(hù)檢修十分便捷,投資成本較少,其起動(dòng)電流為額定電流的 6- 7倍,電網(wǎng)與水泵機(jī)組會(huì)受到較大的沖擊力,變壓器運(yùn)行費(fèi)用高。星三角降壓起動(dòng)的電流與轉(zhuǎn)矩為三角形連接起動(dòng)的 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且價(jià)格便宜,但是此種起動(dòng)機(jī)無(wú)法從本源上消除機(jī)械與電
氣的突變問題。在某種狀況下,由星形切換至三角形起動(dòng)時(shí)會(huì)比直接在線起動(dòng)的狀況要遭。
 
自耦變壓器起動(dòng)控制方式與直接起動(dòng)、星形轉(zhuǎn)換三角形起動(dòng)控制方式相比,投資運(yùn)行成本更高,但是與變頻器、軟起動(dòng)器相比,投資成本偏低。
 
電動(dòng)閥門的操作較為頻繁,存在電氣控制系統(tǒng)、絲桿傳動(dòng)以及蝸輪蝸桿等,需要高強(qiáng)度的維修保養(yǎng),故障發(fā)生率較高[1]。直接在線起動(dòng)控制方式、星形轉(zhuǎn)換三角形起動(dòng)控制方式,以及自耦變降壓的起動(dòng)控制方式所產(chǎn)生的電流與電壓若是發(fā)生瞬變,易發(fā)生電氣故障,其在瞬間產(chǎn)生的巨大沖擊會(huì)引起管路系統(tǒng)發(fā)生壓力振動(dòng),進(jìn)而產(chǎn)生機(jī)械故障,對(duì)供水系統(tǒng)整體造成損壞影響,大大增加了維修工作量。
 
2 供水系統(tǒng)新式電氣控制方式
首先,變頻器。變頻器的精度較高、調(diào)速范圍寬,具有高速控制、節(jié)約電能等優(yōu)良性能,尤其是在供水系統(tǒng)之中,變頻器可以有效提高升供水質(zhì)量。另外,其接線控制簡(jiǎn)單,能夠緩慢啟停與控制,同時(shí)消除管道中所有開停泵水的錘效應(yīng),確保管道自身與閥門等多個(gè)部件不受到?jīng)_擊。當(dāng)水泵的運(yùn)行均速下降后,包括軸承等預(yù)轉(zhuǎn)部分的磨損與葉片等部件的承受應(yīng)力會(huì)逐漸減輕,設(shè)備使用壽命增加,維修成本降低。
 
其次,軟起動(dòng)器。當(dāng)軟起動(dòng)器在起動(dòng)、停機(jī)時(shí),可以緩慢升高電壓與降低電壓,極為自然的在軟起動(dòng)、軟停機(jī)中實(shí)現(xiàn)了電流限制,節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單且可靠性較高、維護(hù)工作量不大。而且電機(jī)的保護(hù)良好,參數(shù)設(shè)置較為簡(jiǎn)單。
 
較后,多功能水泵控制閥。此種控制設(shè)備集聚電動(dòng)閥、水錘消除器與止回閥三種設(shè)備的全部功能,可以有效確保供水系統(tǒng)能夠安全、可靠的運(yùn)行。不存在電氣與液壓元器件,而且無(wú)需使用電力、人力或者其他外力,故障發(fā)生率不高,本文不需要進(jìn)行維修,使用壽命較長(zhǎng)。
 
3 供水系統(tǒng)電氣控制方式的優(yōu)化配置案例
3.1 改造后的設(shè)備選型與配置
根據(jù)上述新式電氣控制方式,某集團(tuán)公司對(duì)其凈水廠的兩個(gè)泵房設(shè)備進(jìn)行了改造。在生活水泵房中使用了 2 臺(tái)型號(hào)為ACS- 500 的變頻器與 4 臺(tái)型號(hào)為 CMK- S200 的軟起動(dòng)器作為水泵電機(jī),取代了原有的自耦降壓起動(dòng)控制方式,實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)開停與恒壓供水,運(yùn)行成本降低。工業(yè)水泵發(fā)采用了 2 臺(tái)型號(hào)為 ACS- 800 的變頻器與 3 臺(tái)型號(hào)為 PSTB370 軟啟動(dòng)機(jī)作為水泵電機(jī),取代了原有的直接啟動(dòng)與固定工頻控制,實(shí)現(xiàn)了軟起停車與恒壓運(yùn)行,變壓器由原本 1000KVA 下降到 800KVA,電力運(yùn)行成本減少。對(duì)于原有的電動(dòng)閘閥、手動(dòng)閘閥及逆止閥被多功能的控制閥與手動(dòng)閘閥組合所代替,在操作運(yùn)行中可以有效消除閥門的自動(dòng)啟閉、消除水錘,而且控制簡(jiǎn)單、操作便捷、可實(shí)現(xiàn)閥門免維護(hù)。
 
經(jīng)過此次對(duì)供水系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化配置后,拆除了閥門電氣控制與執(zhí)行系統(tǒng),開關(guān)水泵閥門只需閥門兩端壓力差予以自動(dòng)運(yùn)行,并保護(hù)管道不受損;而且在水泵機(jī)組起停時(shí),控制更加平滑、穩(wěn)定,可以有效消除起停時(shí)的突變現(xiàn)象,防止系統(tǒng)受到?jīng)_擊。另外,從母管壓力向變頻器進(jìn)行反饋,使變頻器實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自動(dòng)恒壓供水,提高了供水質(zhì)量。
 
3.2 設(shè)備的選型及調(diào)試注意點(diǎn)
第一,要選擇比電動(dòng)機(jī)額定功率大一檔的變壓器與軟起動(dòng)器額定容量;第二,要減少變頻器與軟起動(dòng)器的外部設(shè)備,減少故障發(fā)生點(diǎn)。如果軟起動(dòng)器的容量較大,那么要選擇內(nèi)部安裝旁路接觸器與保護(hù)測(cè)量功能較為齊全的設(shè)備。因?yàn)樽冾l器自身帶有控制保護(hù)功能,所以無(wú)需對(duì)其進(jìn)行二次保護(hù);第三,要垂直安裝,保證散熱空間充足;第四,水泵電氣啟動(dòng)加速時(shí)間在8- 12s 之間,起動(dòng)時(shí)的初始電壓在 150V 左右,停泵減速時(shí)間要控制在 15- 20s 內(nèi);第五,為了使變頻器發(fā)揮較大效用,要保證變頻器較小頻率高于 36Hz、較大頻率低于 49Hz;第六,不可使用一控多模式;第七,要選擇膜片式的多功能水泵控制閥,不需要專業(yè)調(diào)試,但是要利用控制管路的閥門調(diào)試好開關(guān)時(shí)間,以此確保水泵在開停時(shí)可以消除水錘,降低停泵時(shí)對(duì)水泵造成的反轉(zhuǎn)危害。第八,提水加壓泵房中設(shè)置了高壓大功率水泵電機(jī),但高壓變頻器成本過高、軟起動(dòng)技術(shù)不成熟[2]。所以為了保證供水系統(tǒng)能夠平穩(wěn)、安全的運(yùn)行,要使用單臺(tái)變頻或是多臺(tái)直接起動(dòng)的方式進(jìn)行配置;在水泵出口處要使用多功能的水泵控制閥來(lái)控制系統(tǒng)的開停、消除水錘。
 
3.3 優(yōu)化供水系統(tǒng)控制方式的配置與選型建議
首先,利用軟啟動(dòng)設(shè)備方式開控制水泵電機(jī)的起停作業(yè),不僅可以有效發(fā)揮出機(jī)組的相應(yīng)功能,同時(shí)還可以減少啟動(dòng)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)對(duì)電網(wǎng)與其相關(guān)管網(wǎng)造成的傷害。其次,要選擇一臺(tái)或是多臺(tái)變頻器來(lái)保持控制設(shè)備的調(diào)度合理,同時(shí)要注重多臺(tái)機(jī)組之間的有效合作,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)恒壓供水效果。然后,由于水泵控制閥存在多項(xiàng)功能,所以要按照這一原則來(lái)替代供水系統(tǒng)中普遍應(yīng)用的電動(dòng)閥門,以此解決好與水泵機(jī)有關(guān)的一些操作。另外,在供水系統(tǒng)的控制方式上,選擇多功能水泵控制閥進(jìn)行供水控制,一般情況下不需要對(duì)其予以維護(hù),這不但可以更加合理的節(jié)約能源,同時(shí)還可以有效去除掉水錘效應(yīng),進(jìn)而保證泵站與其管網(wǎng)的安全。較后,對(duì)于電壓較高且功率過大的電機(jī)水泵閥而言,雖然安裝高壓變頻器需要投入更多的成本,但是為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)作時(shí)間、減少資源浪費(fèi),有關(guān)人員應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)供水系統(tǒng)時(shí)將變頻器考慮進(jìn)去,以此發(fā)揮變頻器的較大效用,保證供水系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行,為人們、工廠等提供更好的供水服務(wù)。
 
結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,供電系統(tǒng)中的電氣控制方式對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有著重要的影響作用,為了保證系統(tǒng)可以正常的運(yùn)作,有關(guān)人員要合理選擇電氣控制方式,并制定好相關(guān)優(yōu)化方案。在進(jìn)行供水系統(tǒng)更換過程中,工作人員要嚴(yán)格按照工作流程進(jìn)行,充分掌握好設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)與相關(guān)注意事項(xiàng),從而選擇出較好的設(shè)備控制方式,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益,更好的服務(wù)于社會(huì)。
 
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