變頻器在消防穩(wěn)壓系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、變頻器在消防穩(wěn)壓系統(tǒng)中的應(yīng)用摘  要：用變頻器設(shè)備，對(duì)于企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益、提高設(shè)備技術(shù)含量、安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有很好的促進(jìn)作用。關(guān)鍵詞：變頻器；水錘；消防穩(wěn)壓系統(tǒng)一、概述我公司公司的高壓消防水系統(tǒng)是穩(wěn)高壓系統(tǒng)，管網(wǎng)水壓正常時(shí)要求保持在1.0MPa，該系統(tǒng)建成于2008年10月，自2009年4月開始運(yùn)行。二、改造原因公司原來的高壓消防水穩(wěn)壓系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的位式動(dòng)作控制系統(tǒng)，由2臺(tái)功率為15KW的穩(wěn)壓泵、一臺(tái)2.4m3的穩(wěn)壓罐、一臺(tái)電控箱、1塊電接點(diǎn)壓力表及管網(wǎng)組成。當(dāng)高壓消防水系統(tǒng)壓力低于設(shè)定值（0.8MPa）時(shí)，電接點(diǎn)壓力表下限觸點(diǎn)動(dòng)作，給電控箱內(nèi)的PLC送壓力低信號(hào)，PLC按照預(yù)定程

2、序發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)1#穩(wěn)壓泵。1#穩(wěn)壓泵啟動(dòng)給管網(wǎng)增壓的同時(shí)向穩(wěn)壓罐儲(chǔ)能，此時(shí)若外部無用水（或用水量較少）情況，待系統(tǒng)壓力升高到設(shè)定值（1.2MPa）后電接點(diǎn)壓力表上限觸點(diǎn)動(dòng)作，給設(shè)于電控箱內(nèi)的PLC送壓力高信號(hào)，PLC按照預(yù)定程序斷開啟動(dòng)信號(hào)，停止1#穩(wěn)壓泵，系統(tǒng)處于壓力保持狀態(tài)，由穩(wěn)壓罐維持管網(wǎng)壓力，此時(shí)管網(wǎng)壓力會(huì)緩慢下降，當(dāng)系統(tǒng)壓力再次降至設(shè)定值后啟動(dòng)2#穩(wěn)壓泵。如此，往復(fù)循環(huán)1#、2#穩(wěn)壓泵交替工作保持管網(wǎng)壓力。若1#穩(wěn)壓泵啟動(dòng)后系統(tǒng)壓力依然下降，PLC還會(huì)按程序發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)2#泵，2臺(tái)泵同時(shí)工作，最大可能的使管網(wǎng)壓力維持在0.81.2MPa之間，保障高壓消防系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。穩(wěn)

3、壓系統(tǒng)組成原理如圖1所示：圖1由以上工作原理可看出，原穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是一個(gè)2位式的動(dòng)作控制系統(tǒng)，理論上也能保障管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在0.8MPa1.2MPa之間。但是實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，每次在穩(wěn)壓泵啟動(dòng)和停止瞬間，泵組及出口逆止閥、入口軟連接都有很大的震動(dòng)產(chǎn)生和發(fā)出聲響。原來，由于穩(wěn)壓泵電機(jī)采用直接啟動(dòng)，所以啟動(dòng)和停止過程就很短因而產(chǎn)生了很強(qiáng)的水錘效應(yīng)，并且為了維持系統(tǒng)管網(wǎng)壓力2臺(tái)穩(wěn)壓泵約12分鐘就啟停一次，頻繁的啟停使水錘效應(yīng)的危害更加明顯。自2009年4月份該系統(tǒng)運(yùn)行以來，已累計(jì)損壞電接點(diǎn)壓力表3塊、出口逆止閥8臺(tái)、軟連接6個(gè)。并且由于不斷受到震動(dòng)，電接點(diǎn)壓力表經(jīng)常失靈導(dǎo)致高壓消防系統(tǒng)誤動(dòng)作而造成31

4、5KW高壓消防電動(dòng)泵的啟動(dòng)，而每次高壓電動(dòng)泵啟動(dòng)后需要崗位操作工先通過調(diào)度確定外部無火情后才能到現(xiàn)場(chǎng)去停泵，不但耗費(fèi)了大量的電能也給崗位操作工增加了不少作量。怎樣防止止回閥和軟連接的頻繁損壞？如何解決電接點(diǎn)壓力表因受震失靈而造成的誤動(dòng)作？既然穩(wěn)壓泵的啟動(dòng)和停止過程所產(chǎn)生的水錘效應(yīng)是止回閥和壓力表的損壞直接原因，那想辦法不讓穩(wěn)壓泵在啟停時(shí)水錘產(chǎn)生也就從根本上解決了這個(gè)問題?？紤]到400單元470攪拌器電氣控制改造后閑置了的4臺(tái)15KW丹佛斯FC302型變頻器，還有變頻調(diào)裝置對(duì)反饋信號(hào)具備響應(yīng)快速、調(diào)節(jié)精確的優(yōu)點(diǎn)，作者決定利用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)穩(wěn)壓系統(tǒng)進(jìn)行改造。二、系統(tǒng)組成及工作原理此次改造所利用的丹

5、佛斯FC302型變頻器原本是為470攪拌器的調(diào)速控制選配的，這一款變頻器更主要強(qiáng)調(diào)的是機(jī)械性能，不具備如：周期倒泵、一拖二等專用于恒壓供水使用的一些功能。所以在系統(tǒng)組成時(shí)主要利用FC302變頻器的變頻調(diào)速功能和過程PID控制功能與原系統(tǒng)PLC相結(jié)合，組成一個(gè)自動(dòng)的變頻器-PLC恒壓控制系統(tǒng)，系統(tǒng)組成原理見圖2：圖2由圖2可見，該系統(tǒng)主要由2臺(tái)穩(wěn)壓泵、一臺(tái)穩(wěn)壓罐、一臺(tái)帶變頻器、PLC控制器的電控柜、1塊電接點(diǎn)壓力表、1臺(tái)壓力變送器和管網(wǎng)組成。比較圖1、圖2，新系統(tǒng)與原系統(tǒng)相比增加了1臺(tái)變頻器、1臺(tái)壓力變送器。改造后變頻器根據(jù)壓力變送器檢測(cè)的管網(wǎng)壓力信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率控制1臺(tái)穩(wěn)壓泵運(yùn)行，使管網(wǎng)壓

6、力穩(wěn)定在1.0MPa。當(dāng)外部用水導(dǎo)致管網(wǎng)壓力下降到0.7MPa時(shí)，電接點(diǎn)壓力表下限觸點(diǎn)動(dòng)作，給電控柜內(nèi)的PLC送壓力低信號(hào)，PLC按照程序發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，工頻啟動(dòng)另一臺(tái)穩(wěn)壓泵保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在1.0MPa，外部停止用水后，管網(wǎng)壓力上升，高于1.2MPa后電接點(diǎn)壓力表上限觸點(diǎn)動(dòng)作，給電控柜內(nèi)的PLC送壓力高信號(hào)，PLC按照程序斷開啟動(dòng)信號(hào)，停止工頻運(yùn)行泵，穩(wěn)壓系統(tǒng)由變頻器自動(dòng)運(yùn)行保持系統(tǒng)恒壓的狀態(tài)。根據(jù)控制原理及動(dòng)作要求設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件組成見圖3：圖3三、系統(tǒng)試運(yùn)行根據(jù)說明書及系統(tǒng)硬件配置，變頻器主要參數(shù)設(shè)置見下表參數(shù)號(hào)意義設(shè)定為0-02電動(dòng)機(jī)速度單位（1） HZ 0-20顯示行1.1（小）定義

7、為參考值（1601）0-22顯示行1.3（?。?定義為反饋（1652）1-00配置模式 過程PID（3）1-03轉(zhuǎn)矩特性可變轉(zhuǎn)矩 （1）1-04過載模式正常過載模式（1）3-03最大參考值10003-15參考值來源533-41加速時(shí)間303-42減速時(shí)間304-12電動(dòng)機(jī)速度下限30HZ4-14電動(dòng)機(jī)速度上限50Hz6-22端子54低電流4mA6-2554端參考/反饋高10007-20過程CL反饋源(2)7-33過程PID比例增益0.87-34過程PID積分時(shí)間10秒6-2654端濾波時(shí)間2秒系統(tǒng)硬件安裝完成后，按上表設(shè)定好了變頻器各參數(shù)后開始試運(yùn)行。首先，選擇1#泵作為變頻泵、2#泵作為工頻

8、泵。變頻啟動(dòng)1#泵，隨著頻率輸出增加管網(wǎng)壓力逐漸增高，待管網(wǎng)壓力達(dá)到1.0MPa后，變頻器輸出穩(wěn)定在40HZ左右，管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在1.0MPa。運(yùn)行一段時(shí)間后手動(dòng)微開消火栓，管網(wǎng)壓力下降，變頻器也隨著壓力的變化增加輸出頻率，使管網(wǎng)壓力始終保持在1.0MPa。將消火栓開度逐漸加大，變頻器隨之響應(yīng)增加輸出頻率。當(dāng)輸出滿頻后再開大消火栓，當(dāng)壓力下降至0.8MPa后，隨著2#泵的自動(dòng)啟動(dòng)，管網(wǎng)壓力上升，變頻器輸出減少，依然將管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在1.0MPa。關(guān)閉消火栓后，因2臺(tái)泵都在運(yùn)行，管網(wǎng)上升，到1.2MPa時(shí)2#泵退出，穩(wěn)壓系統(tǒng)又回到由變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率控制穩(wěn)壓泵運(yùn)行保持系統(tǒng)恒壓的狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行情況

9、達(dá)到了預(yù)期的目的。但是，在接下來2天的試運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)有2個(gè)問題。第一個(gè)問題是當(dāng)1個(gè)消火栓閥門半開的情況下，會(huì)出現(xiàn)工頻運(yùn)行泵出現(xiàn)啟動(dòng)退出反復(fù)動(dòng)作的情況。經(jīng)過幾次動(dòng)作試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)原來是變頻器加速速度沒有跟上管網(wǎng)壓力的變化，于是將3-41參數(shù)改為20秒，并且將電接點(diǎn)壓力表下限改為0.7MPa，參數(shù)修改后，反復(fù)進(jìn)行動(dòng)作試驗(yàn)都能夠滿足系統(tǒng)要求了。第二個(gè)問題是當(dāng)外部完全沒有用水的情況下，變頻泵連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)泵體及泵出口管線發(fā)熱。經(jīng)過仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)熱部位是在水泵泵體處開始的。原來，穩(wěn)壓系統(tǒng)不同于恒壓供水系統(tǒng)，由于外部沒有用水點(diǎn)，水不流動(dòng)而水泵又在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)果導(dǎo)致泵腔內(nèi)的水一直被攪拌而發(fā)熱。于是微開系

10、統(tǒng)回流泄壓閥門，使得有少量水循環(huán)，發(fā)熱現(xiàn)象也隨之消失。解決這2個(gè)問題以后，變頻穩(wěn)壓系統(tǒng)就一直穩(wěn)定運(yùn)行，再未發(fā)現(xiàn)任何問題。四、效益分析1.電能節(jié)約以外部無用水并且系統(tǒng)完好的工況分析：原系統(tǒng)：每2分鐘啟動(dòng)一次，每次運(yùn)行30秒，并考慮穩(wěn)壓泵電機(jī)在啟動(dòng)5秒鐘內(nèi)的6倍額定電流，在加上高壓清洗機(jī)工作時(shí)一臺(tái)穩(wěn)壓泵連續(xù)運(yùn)行，此時(shí)按每次10小時(shí)，全年30次考慮平均功率P1=Pe*(30/120+5x6/120)+Pe*（10x30/7200）=15x0.5+15x0.042=8.13KW變頻系統(tǒng)：實(shí)測(cè)電流為15A, cos按0.8考慮P2=1.732UIcosP=P2-P1=7.9-8.13=-0.23KW全年

11、節(jié)約電量Q=Px7200=1656 KWh節(jié)約電費(fèi)Qx0.529=1656x0.529=876元2.穩(wěn)壓系統(tǒng)材料損耗原系統(tǒng)：2009年4月至2010年10月共18個(gè)月，已累計(jì)損壞電接點(diǎn)壓力表3塊、出口逆止閥8臺(tái)、軟連接6個(gè)。電接點(diǎn)壓力表每塊3,300元，止回閥每臺(tái)900元共損耗材料費(fèi)用：3x3300+8x900=17,100元，相當(dāng)于年損耗17100x12/18=11,400元變頻系統(tǒng)：由于變頻穩(wěn)壓系統(tǒng)是通過采用變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率控制穩(wěn)壓泵運(yùn)行，穩(wěn)壓泵一直保持連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，不再產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，所以壓力表、止回閥、軟連接幾乎不會(huì)有損耗。綜合比較電能和材料損耗，采用變頻器穩(wěn)壓系統(tǒng)全年可節(jié)約出