变频节水节能技术

水利水电技术第33卷2002年第9期变频节水节能技术*王孝俭,皇甫玉柱,邓胜全,王幼涛〔水利部西北水利科学研究所,陕西杨凌712100)【关键词】变频调速技术;节水;节能;城乡供水;农业灌溉;自动控制裝置中图分类号:TK730.41+TV991+S274.3文献标识码:B文章编号:000-086020029-005103立项背景及技术创新点出了四个系列的变频调速节水节能裝置,这些变频节水节能产品除了变频调速器和PLC外其他已全部国水资源及能源紧缺是制约我国经济发展的重要因产化.本文介绍CX-B系列变频恒压供水自动控制装素,节水节能是我国社会经济持续发展的基本国策.置和CX-D系列变频恒压节水灌溉自动控制装置.美国从20世纪90年代将变频节水节能技术应用于平本项目的技术创新点(1肥交流变频调速技术应移式、轴转动式喷灌机及管道灌溉等系统经测试其节用于城乡供水及农业灌溉中,达到节水节能效果(2)能率为39%~56%,节水率为15%~30%,既稳定了管根据项目需要自己研制出水位显示控制器提高自动网压力提高了灌溉质量又节水节能便于自动化管化程度〔3根据实际需要研制出多段压力设置转换理但其价格昂贵.当时在我国城乡供水及水泵抽灌电路适应农业多种灌溉方式(4將变频调速技术、可系统中水泵一旦开始工作电机便以额定转速运行,编程序控制技术、水位显示控制技术、压力传感技术等并以额定出水量供水当用水量減少或在用水低谷时,进行了集成管网压力过高水龙头(或喷头厢输水管道往往被损坏使水白白流掉电能白白耗掉有些系统通过阀门2变频调速的基本原理控制出水量来减少供水管网压力升高这样也造成电交流异步电动机的转子转速n可以用下式表示能与水资源的浪费.(1)九五”期间我国在工业上将交流变频调速技术列为新技术推广项目,但当时水利行业在灌溉方面未式中定子供电电源的频率应用.为改善上述资源浪费状况生产出价格低廉农电动机的极对数业能够接受的变频节水节能控制装置,水利部西北水异步电动机的转差率利科学研究所承担了水利部948″计划项目变频节水由式(1河见当平滑地改变异步电动机的供电频节能技术”,本项目的关键技术为交流变频调速技术.率∫时即可改变电动机转子的转速n1998年12月,我们引进了德国的8210和8220系列根据水泵的相似原理变频器标准规范、技术指标、性能参数检测方法和部分Q2/Q1=n2/m1(2)样机.交流变频技术大致可分为直一交变频与交一交H2/H1=n2/m1)变频两种我们引进的为直一交变频技术即通常所见P2/P1=n2/m1)(4)的变频器大多采用的变频技术.我们的技术路线是引式中的QH、Pn分别为水泵的流量、扬程、轴功率和进关键技术并对其消化吸收在此基础上开发外围转速.技术研制并生产变频节水节能产品并重点进行推广应用mYH中国煤化工于转速控制比基于CNMHG该项技术引进后,我们对进囗样机的性能参数进收稿日期:200201-19行了全面测量和记录,在消化吸收的基础上研制开发作者简介:王孝俭(1960-)男陕西杨凌人高级工程师HtrR数据 dropower Engineering Vo3M9王孝俭等∥变频节水节能技术流量控制可以大幅度降低轴功率.制调整变频器输出的电源频率改变水泵转速使管3CX-B系列变频恒压供水自动控制装置网压力不断向设定压力趋近.这个闭环控制系统通过不断检测、不断调整的反复过程实现管网压力恒定,3.1基本构成从而使水泵根据需水量自动调节供水量达到节能节整个恒压供水系统由CX-B系列变频恒压供水自水的目的动控制装置与水泵电机组合而成(见图1)该装置由PLC的主要控制作用(1控制多台水泵(包括备变频器(内含PID调节器可编程时控开关、可编程用泵)循环软启动周期性地以变频方式工作(2腔控制器(PLC)水位显示控制器、远传压力表、水位传制备用泵的自动启动.当第一台水泵电机以变频方式感器及相关电气控制部件构成,是一种具有变频调速运行并达到额定功率(即变频器输出电源频率达到和全自动闭环控制功能的机电一体化智能设备(见图50Hz)而供水管网压力未达到设定压力时,第二台2),它可同时对一台或多台三相380V,50Hz的水泵水泵电机会自动启动并以工频方式运行这时若管电机进行自动控制网压力仍不能达到设定压力时第三台水泵电机会自远传压力表动启动第一台水泵仍以变频方式运行,达到保持管网恒压的目的投入运行的水泵数量由装置根据管网压力自动控制至用户水位显示控制器设有上、中、下3个水位控制限,压力检当池水位从上限降到中限位置时控制器输出补水泵启动信号使补水泵向池内补水补至上限时控制器输出补水泵停机信号停止补水;当池水位降到下限时控制器输出取水泵停机信号使取水泵停止取水,待水位上升到中限后,控制器使取水泵自动启动恢复取水补水泵3.3控制功能水位传感器CX-B系列变频恒压供水自动控制装置具有以下图1变频恒压供水系统组成控制功能(1煅有手动/自动切换电路当切换至自动位置时系统可根据出口压力变化自动调节变频泵的转速和自动启动、停止备用泵以维持出囗压力恒定,当变频控制电路岀现故障时,可切换至手动位置使水可編程时控开关泵直接在工频下运行保证正常供水;(2)能够在1d远传压力表内设置1-9个供水时间段,一周内各天的供水时间可变频器(f/ft以不同;3)用PLC控制水泵(包括备用泵洤循环软启动,周期性地自动交换使用,以期水泵寿命基本致κ(4地下蓄水池缺水后取水泵自动停机保护补水器泵自动开机补水蓄满水后补水泵自动停机蓄水池水位以数字显示(5)故障显示及报警具有缺相、短路、匮位感器]}过热过载过压欠压、漏电、瞬时断电保护等电气保补水泵3号取水泵2号取水泵1号取水泵-护功能图2变频恒压供水自动控制裝置结构原理框图4∝X-D系列变频恒压节水灌溉自动控制装置32工作原理4.1基本构成CX-B系列变频恒压供水自动控制装置以变频方整中国煤化工列变频恒压节水灌式工作时,水泵电机以软启动方式启动后开始运转,溉自动控CNMH与成(见图1)一些由远传压力表检测供水管网实际压力管网实际压力节水灌溉基地设计有喷灌、微喷灌、滴灌等多种灌溉方与设定压力经过比较后输岀偏差信号,由偏差信号控式不同的灌溉方式所需的工作压力不同.为使同水利水电技术第33卷2002年第9期王孝俭等∥变频节水节能技术供水管网能为不同灌溉方式提供不同的工作压力在压所产生的漏水)实践证明使用变频恒压供水自控CX-B系列变频恒压控制装置的基础上增加了多段压装置不但能够节水节能而且提高了供水质量保证力设置转换电路,它可同时对一台或多台三相水泵电了供水管网的安全运行机进行自动控制见图3)在农业灌溉方面2001年6月为“99全国节水示范工程秦都项目区(咸阳市秦都区双照镇龙泉南村)节L1、L2、L3灌系统″设计并安装了变频恒压节水灌溉自动控制装r一-可编程时控开关置一套,使一条供水管网能够在不同时间段提供两种压力传感器工作压力既满足了微喷灌和滴灌的要求又使灌溉管变频器(f;/f理大大简化.据2001年7~12月资料统计,节电17%,节水19%.2001年12月同陕西省农垦农工商总公司独接签订了合作合同,为该公司华阴农场节水灌溉增效示范项目设计安裝6套变频恒压节水灌溉自动控制装器/换电置.该示范项目实施完成后,变频恒压节水灌溉自控装置与灌溉自动控制系统联网,将形成目前我国较高液位传感器标准的节水灌溉自动控制网络控制滴灌面积76hm33号取水泵2号取水泵1号取水泵图3变频恒压节水灌溉自动控制装置结构原理框图变频恒压自动控制装置,不但可广泛应用于高层建筑和自来水厂的供水系统中,而且能应用于农业水42工作原理泵抽灌系统中并在农业抽灌系统中刚刚开始应用其CX-D系列变频恒压节水灌溉自动控制装置除多节水节能技术具有强大的生命力和广阔的应用前景.段压力设置转换电路外其他部分的工作原理与CX-B*水利部948″计划项目(975153)系列变频恒压供水自动控制装置相同.多段压力设置(责任编辑陈小敏)转换电路中设计了对应于喷灌、微喷灌、滴灌及管道灌溉4个压力档位在进行灌溉时PLC按灌溉方式输岀对应的控制信号,压力设置转换电路自动转换到相应压力档位,该装置就在这一设定压力下以恒压供水实现节水灌溉.4.3控制功能除具有CX-B系列变频恒压供水自动控制装置的功能外还具有压力转换功能.5加强变频节水节能技术的应用和推广引进先进技术主要的目的在于推广应用,把变频调速技术应用于水利行业及农业,实现了节能节水几年来,通过向社会积极宣传变频节水节能技术的优越性这一技术已逐步被水利行业及农业所接受在城乡供水方面,我们已经推广应用变频恒压供水自控裝置12套根据对其中四套裝置运行数据的统计计算可知可节约电能25%~50%节水3%-10%各台装置的节能率和节水率差异较大,其主要原因是各装置的运行环境差异较大,用水高峰与低谷流量差值大的装置节能率高,用水高峰与低谷流量差值小的中国煤化工装置节能率低;供水管路完好率高的系统使用该裝置CNMHG后节水效果不显著供水管路完好率低的系统使用该装置后,节水效果显著(由于恒压供水减少了管网高水利水电方数括2002年第9期