供水系统一般是由水泵、阀门以及拖动电机构成。其中拖动电机的运行方式及控制方式会对水泵与阀门的正常运行造成影响, 进而影响到整个供水系统的安全。与此同时, 拖动电机还会涉及到系统的节能性、投资和长期运行的经济性、系统维护的工作量及故障发生的频繁程度等。可见系统电气控制作用极为重要。

1 供水系统常用电气控制方式

通常情况下水泵电机的常见起动控制方式有工频全压直接起动、工频降压启动与工频全压运行, 并且工频降压又包括自耦变降压与星三角降压。系统阀门的开关闭合全靠控制阀门电机进行正反转以及机械传统实现。以下是供电系统不同设备的具体应用情况:

工频全压直接起动控制方式的线路接线较为简单, 并且维护检修十分便捷, 投资成本较少, 其起动电流为额定电流的6-7倍, 电网与水泵机组会受到较大的冲击力, 变压器运行费用高。

星三角降压起动的电流与转矩为三角形连接起动的 , 结构简单且价格便宜, 但是此种起动机无法从本源上消除机械与电气的突变问题。在某种状况下, 由星形切换至三角形起动时会比直接在线起动的状况要遭。

自耦变压器起动控制方式与直接起动、星形转换三角形起动控制方式相比, 投资运行成本更高, 但是与变频器、软起动器相比, 投资成本偏低。

电动阀门的操作较为频繁, 存在电气控制系统、丝杆传动以及蜗轮蜗杆等, 需要高强度的维修保养, 故障发生率较高^[1]。

直接在线起动控制方式、星形转换三角形起动控制方式, 以及自耦变降压的起动控制方式所产生的电流与电压若是发生瞬变, 易发生电气故障, 其在瞬间产生的巨大冲击会引起管路系统发生压力振动, 进而产生机械故障, 对供水系统整体造成损坏影响, 大大增加了维修工作量。

2 供水系统新式电气控制方式

首先, 变频器。变频器的精度较高、调速范围宽, 具有高速控制、节约电能等优良性能, 尤其是在供水系统之中, 变频器可以有效提高升供水质量。另外, 其接线控制简单, 能够缓慢启停与控制, 同时消除管道中所有开停泵水的锤效应, 确保管道自身与阀门等多个部件不受到冲击。当水泵的运行均速下降后, 包括轴承等预转部分的磨损与叶片等部件的承受应力会逐渐减轻, 设备使用寿命增加, 维修成本降低。

其次, 软起动器。当软起动器在起动、停机时, 可以缓慢升高电压与降低电压, 极为自然的在软起动、软停机中实现了电流限制, 节点简单且可靠性较高、维护工作量不大。而且电机的保护良好, 参数设置较为简单。

最后, 多功能水泵控制阀。此种控制设备集聚电动阀、水锤消除器与止回阀三种设备的全部功能, 可以有效确保供水系统能够安全、可靠的运行。不存在电气与液压元器件, 而且无需使用电力、人力或者其他外力, 故障发生率不高, 本文不需要进行维修, 使用寿命较长。

3 供水系统电气控制方式的优化配置案例

3.1 改造后的设备选型与配置

根据上述新式电气控制方式, 某集团公司对其净水厂的两个泵房设备进行了改造。在生活水泵房中使用了2台型号为ACS-500的变频器与4台型号为CMK-S200的软起动器作为水泵电机, 取代了原有的自耦降压起动控制方式, 实现了平稳开停与恒压供水, 运行成本降低。工业水泵发采用了2台型号为ACS-800的变频器与3台型号为PSTB370软启动机作为水泵电机, 取代了原有的直接启动与固定工频控制, 实现了软起停车与恒压运行, 变压器由原本1000KVA下降到800KVA, 电力运行成本减少。对于原有的电动闸阀、手动闸阀及逆止阀被多功能的控制阀与手动闸阀组合所代替, 在操作运行中可以有效消除阀门的自动启闭、消除水锤, 而且控制简单、操作便捷、可实现阀门免维护。

经过此次对供水系统的设备进行优化配置后, 拆除了阀门电气控制与执行系统, 开关水泵阀门只需阀门两端压力差予以自动运行, 并保护管道不受损;而且在水泵机组起停时, 控制更加平滑、稳定, 可以有效消除起停时的突变现象, 防止系统受到冲击。另外, 从母管压力向变频器进行反馈, 使变频器实现了系统自动恒压供水, 提高了供水质量。

3.2 设备的选型及调试注意点

第一, 要选择比电动机额定功率大一档的变压器与软起动器额定容量;第二, 要减少变频器与软起动器的外部设备, 减少故障发生点。如果软起动器的容量较大, 那么要选择内部安装旁路接触器与保护测量功能较为齐全的设备。因为变频器自身带有控制保护功能, 所以无需对其进行二次保护;第三, 要垂直安装, 保证散热空间充足;第四, 水泵电气启动加速时间在8-12s之间, 起动时的初始电压在150V左右, 停泵减速时间要控制在15-20s内;第五, 为了使变频器发挥最大效用, 要保证变频器最小频率高于36Hz、最大频率低于49Hz;第六, 不可使用一控多模式;第七, 要选择膜片式的多功能水泵控制阀, 不需要专业调试, 但是要利用控制管路的阀门调试好开关时间, 以此确保水泵在开停时可以消除水锤, 降低停泵时对水泵造成的反转危害。第八, 提水加压泵房中设置了高压大功率水泵电机, 但高压变频器成本过高、软起动技术不成熟^[2]。所以为了保证供水系统能够平稳、安全的运行, 要使用单台变频或是多台直接起动的方式进行配置;在水泵出口处要使用多功能的水泵控制阀来控制系统的开停、消除水锤。

3.3 优化供水系统控制方式的配置与选型建议

首先, 利用软启动设备方式开控制水泵电机的起停作业, 不仅可以有效发挥出机组的相应功能, 同时还可以减少启动设备在运行时对电网与其相关管网造成的伤害。其次, 要选择一台或是多台变频器来保持控制设备的调度合理, 同时要注重多台机组之间的有效合作, 进而实现恒压供水效果。然后, 由于水泵控制阀存在多项功能, 所以要按照这一原则来替代供水系统中普遍应用的电动阀门, 以此解决好与水泵机有关的一些操作。另外, 在供水系统的控制方式上, 选择多功能水泵控制阀进行供水控制, 一般情况下不需要对其予以维护, 这不但可以更加合理的节约能源, 同时还可以有效去除掉水锤效应, 进而保证泵站与其管网的安全。最后, 对于电压较高且功率过大的电机水泵阀而言, 虽然安装高压变频器需要投入更多的成本, 但是为了提高系统的稳定运作时间、减少资源浪费, 有关人员应当在设计供水系统时将变频器考虑进去, 以此发挥变频器的最大效用, 保证供水系统能够稳定运行, 为人们、工厂等提供更好的供水服务。

结束语

综上所述, 供电系统中的电气控制方式对整个系统有着重要的影响作用, 为了保证系统可以正常的运作, 有关人员要合理选择电气控制方式, 并制定好相关优化方案。在进行供水系统更换过程中, 工作人员要严格按照工作流程进行, 充分掌握好设备基础知识与相关注意事项, 从而选择出最佳设备控制方式, 提高企业经济效益, 更好的服务于社会。