摘要：结合石家庄白楼宾馆供水管网改造的实例，对“变频调速器”在供水系统中的应用从“节能原理、控制方式、系统设计及变频调速后的节能效果”等几个方面进行论述。
关键词：变频调速 供水系统 变频恒压
1 概述
变频调速恒压供水控制装置能够极大地改善给水管网的供水环境，该系统可根据管网瞬间压力变化，自动调节水泵电机的转速和多台水泵电机的投入及退出，使管网主干出口端保持在恒定的设定压力值，整个供水系统始终保持高效节能和运行在最佳状态。
河北省节能技术服务中心应用微机控制变频调速恒压供水控制系统，为很多家企事业单位安装了变频恒压供水控制装置。收到了较好的节能效果。
2 水泵变频调速节电原理
异步电动机采用变频器调速的原理是：通过整流桥将工频交流电压变为直流电压，再由逆变桥变换为频率可调的交流，作为交流异步电动机的驱动电源，使电动机获得无级调速所需的电压、电流和频率。
水泵供水系统具有管网特性曲线，即通道管网的流量与所消耗的能量之间的关系曲线，它同时表明水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差，液体在管道中流动的阻力。
水泵运行工作点位置与水泵负载有关，在水泵负载经常变化的情况下，水泵不能总处在高效区域里工作。为使水泵适应外界负载变化的要求。我们可采用变速调节，即在管网特性曲线基本不变时，采用改变水泵转速来改变泵的Q—H特性曲线。从而改变它的工作点，达到即改变流量又能保证水泵恒定和输入功率减少的目的。如图1。
根据水泵的相似定律，变速前后流量、扬程、功率与转速之间关系为：
式中P1、H1、Q1为转速n1时的功率、扬程、流量；P2、H2、Q2为转速n2时的功率、扬程、流量。由此可见，当水泵在变负荷工作情况下，采用变频器调节水泵电机转速时，轴功率随转速比的三次方关系进行变化，节电效果明显。
3 白楼宾馆供水泵组工作的现状与问题
石家庄市白楼宾馆水泵房现有供水水泵三台，型号为65DL-4，额定扬程64m，流量30m3/h，转速1450r/min，电机功率11kW，沈阳马二家水泵厂生产。
由于宾馆用水水量极不稳定，早、晚用水高峰常常是平时用量的二倍，而后半夜用水水量仅为平时用量的三分之一，而且用水流量变化快，稳压时间短。
目前，采期电接点压力表控制各泵的启停，但当用水负荷变化较大的，水泵电机启停频繁，造成电动机及控制开关故障频繁，而且供水压力不稳定。
根据以上情况，我们给三台水泵采用一套变频调速恒压供水控制装置。在保证供水管网压力恒定的情况下，根据水流量的大小实现三台水泵的循环软启动，圆满地解决了白楼宾馆供水系统不稳定的大问题。
4 变频恒压供水系统的设计
针对白楼宾馆供水泵组存在的问题和用水负荷的实际情况，我们设计采用11kW富士变频器，压力传感器，微电脑控制器(包括PID调节)等组成闭环调节垣压控制系统， 使水泵恒压供水，其供水压力可调。
4.1 供水控制系统组成方框图
4.2 工作原理
如图2所示，控制器给定水泵管网一供水压力值，变频器根据此值输出一定频率的交流电源至水泵电机，拖动水泵稳定运行，并输出与压力对应的供水流量，保证水泵管网的压力与控制器的给定压力平衡。压力传感器时刻检测管网压力，并反馈至控制器，控制器根据反馈压力与给定压力的差值，控制变频器的输出频率，实现电机的速度调节，改变水泵流量，保证供水管网压力始终稳定在给定值附近，实现了变频调速恒压供水系统的闭环调节。3台泵在控制器控制下，均由变频器实现软起动。
5 变频调速后的节能效果及分析
白楼宾馆采用变频调速恒压供水系统后，解决了目前 存在的供水管网系统水压不稳定，设备故障频出等问题， 取得了良好的节能效果和经济效益。
5.1 直接经济效益
目前的控制方式下,三台泵平均输入功率20kW,供水压力3.7～5.8kg/cm2,年耗电175200kWh,按0.5元/kWh计算,每年电费9.6万元。采用变频恒压供水控制装置后,三台泵平均输入功率16kW,供水压力4.5kg/cm2,年耗电140160kWh,电费7.7万元,年节约电费开支1.9万元。该项目改造投资3.2万元。
由此可知，采用变频恒压供水控制装置后，每年节约电能35040kWh，节电率20％，投资回收期1.7年。
5.2 间接经济效益
5.2.1 按用水实际需要定压供水，可以自动保证宾馆的正常用水需要，即不会发生因瞬间用水量增加而引起的供水不足，也不会因瞬间用水量减少，管网出现超压引起设备损坏，并且克服了原有控制方式下水压在3.7～5.8kg之间的较大波动。
5.2.2 电机循环软启动，避免了在频繁启动时，较大的启动电流对供电系统、配电设备和电机的冲击，延长了电气设备、水泵及管网的使用寿命，减少了检修维护费用及工作量，提高了供水安全。
5.2.3 实现闭环自动控制后，提高了供水质量，减轻了劳动强度，可实现无人值班，节约管理费用。
6 结论
白楼宾馆采用变频调速恒压供水控制装置改造水泵组的运行取得了较好的综合效果。
我国风机、水泵的用电量约占发电量的31%，目前大多数风机、水泵仍采用节流调节，节能潜力巨大，因此采用变频调速装置改造风机、水泵运行方式，是目前企业节约电能，提高经济效益的重要措施之一。
