變頻恒壓供水設備跳閘和壓力震蕩故障的分析解決,給排水工程論文

變頻恒壓供水設備跳閘和壓力震蕩故障的分析解決,給排水工程論文內(nèi)容摘要：針對變頻恒壓供水設備常見的堵轉(zhuǎn)和壓力震蕩等故障,分析基于PLC控制的變頻器恒壓變頻供水系統(tǒng)在壓力缺乏時增加水泵的經(jīng)過和用水量下降時減少水泵的工作經(jīng)過,也對該系統(tǒng)使用經(jīng)過中出現(xiàn)的工頻與變頻切換跳閘、系統(tǒng)震蕩及機械故障等進行總結(jié)分析,并給出相應的處理對策。本文關(guān)鍵詞語：恒壓供水;變頻器;PID;故障分析;當下居民的供水系統(tǒng)多采用基于PLC變頻器的恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的實際需求設定供水壓力,根據(jù)用戶水量的需求投入或者切除水泵機組,實時保持水壓穩(wěn)定。另外,由于變頻器的軟啟動和軟停車功能,能夠消除水錘效應,增加電機的使用壽命。工作時,假如出現(xiàn)系統(tǒng)震蕩,則會造成電機或者其他管網(wǎng)部件的損壞[1]。實際使用經(jīng)過中,供水系統(tǒng)故障率影響著供水效果,對恒壓供水系統(tǒng)的常見故障及其原因做了深切進入分析,有利于提高供水系統(tǒng)的可靠性。1恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及原理1.1恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成圖1恒壓供水系統(tǒng)組成變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由壓力傳感器、PLC控制單元、大功率變頻器、水泵機組、管道、水位傳感器等組成[2]。如此圖1所示。一般大型小區(qū)或者高校校園中恒壓供系統(tǒng)多采用多臺水泵及電機,根據(jù)用水量的大小投入不同數(shù)量的電動機。整個系統(tǒng)中必須有備用泵,保障不間斷的供水運行。供水壓力信號由管網(wǎng)出口端的壓力傳變送器產(chǎn)生,并把壓力轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號送入變頻器內(nèi)部。變頻器內(nèi)部設置期望的供水壓力參數(shù),而壓力表反應信號與壓力設定值進行比擬,經(jīng)過變頻器內(nèi)部的PID運算,把結(jié)果轉(zhuǎn)換為調(diào)整變頻器頻率的啟動信號。該結(jié)果高于與壓力設定值一段時間,則降低變頻器的輸出頻率運行,若到達變頻器的最低運行頻率仍然無法知足要求,則退出一臺水泵運行。相反,假如當下變頻器已經(jīng)到達頻率上限值,但是壓力反應至還低于設定值,則系統(tǒng)自動增加一臺水泵變頻運行,提高供水壓力。由于變頻器自帶的PID控制,故管道供水壓力調(diào)節(jié)穩(wěn)定。十分是對于用水量變動較大的單位,也更容易調(diào)整PID參數(shù)。1.2恒壓供水系統(tǒng)工作原理該系統(tǒng)采用一臺55KW變頻器拖動三臺電機運行。性價比擬高。恒壓供水主電路如此圖2所示,接觸器KM1、KM3、和KM5用于變頻輸出控制。而接觸器KM0、KM2和KM4接于工頻電源,實現(xiàn)各臺電機的工頻運行?？諝鈹嗦菲?QF)是電源開關(guān)器件,做短路保衛(wèi)。熱繼電器(FR)做過載保衛(wèi)。該系統(tǒng)中,變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)對任意一臺電機的軟啟動和恒壓供水控制。首先KM1吸合,由變頻器軟啟動M1電動機變頻狀態(tài)下工作。當用水量增大,變頻器運行至上限頻率50Hz時,水壓仍然低于低于壓力設定值,則變頻器停止輸出。KM1接觸器斷開,KM0吸合將M1切換為工頻工作。然后使KM3接觸器吸合,M2電動機投入變頻運行。當M2電機的運行頻率也到達上限頻率,而水壓仍低于設定值時,能夠變頻驅(qū)動M3電動機變頻運行;減泵的工作經(jīng)過:假設三臺泵滿負荷運行,M1、M2工頻運行,M3變頻運行。當用水量減少、變頻器運行頻率低于下限值20HZ時,但管網(wǎng)壓力仍偏高時,PLC接收變頻器的最低運行頻率信號,延時后,接觸器KM5接觸器斷開,水泵M3停止運行,KM2失電復位、而KM3變頻器運行。假如輸出頻率仍然低于下限值,則繼續(xù)減泵,直至只要一臺水泵M1變頻運行。圖2恒壓供水系統(tǒng)電氣圖2故障分析及處理當前,廣泛使用基于PLC控制的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)。由水池液位傳感器實現(xiàn)進水量及系統(tǒng)的自動啟?？刂?由總出水管安裝的壓力傳感器、PLC將檢測到的各種信號,自動調(diào)整變頻器的輸出頻率來改變電機的轉(zhuǎn)速到達整個供水系統(tǒng)的壓力恒定。2.1工頻與變頻切換跳閘分析及處理在恒壓供水方案中,變頻器拖動電動機增泵時,變頻器輸出頻率到達50HZ,電動機的轉(zhuǎn)速也到達額定轉(zhuǎn)速,輸出電壓的大小和相位也與電源一樣,此時迅速切除變頻器,接入工頻電源運行效果最佳。否則易造成工頻運行斷路器跳閘。實際運行中,由于相位一樣難于測定,十分是當變頻器斷開霎時,電機的定子固然開路,但定子繞組中儲存的磁場能量要經(jīng)過較長時間才能衰減完。轉(zhuǎn)子由于慣性作用仍會繼續(xù)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生感應電動勢,和電源產(chǎn)生相位差,就會對電網(wǎng)和變頻器造成電流沖擊。最嚴重的是當它們之間相位差180度時,將會產(chǎn)生很大的沖擊電流,損壞變頻器等電氣設備。針對此種問題,解決方案如下:一是監(jiān)測電機切換霎時變頻器輸出電動勢的頻率和相位,假如和電源一樣,則投入切換裝置,實現(xiàn)變頻器與電網(wǎng)之間同步切換[3]。當前常用鎖相環(huán)鑒頻鑒相技術(shù),變頻向工頻切換時,當變頻器出去50HZ時,鎖相環(huán)鑒頻鑒相器檢測到輸出電壓的頻率、幅值、相序和相位與工頻電網(wǎng)一致時,工頻接觸器吸合,切除變頻器,水泵電機接入工頻電網(wǎng)運行,實現(xiàn)工頻電源向變頻調(diào)速轉(zhuǎn)換。即減泵時,變頻器現(xiàn)空載加速至50HZ,啟動鎖相環(huán)節(jié),檢測頻率、幅值、相序一樣時,變頻器投入運行,工頻接觸器斷開電源。該種方式方法平穩(wěn),但是造價較高,適用于大功率水泵使用。二是調(diào)整延時時間,減小轉(zhuǎn)子電流,在電機允許的范圍內(nèi)進行切換。變頻向工頻切換時,使得輸出頻率超出50HZ(在電機允許的范圍內(nèi)),切除變頻器并封鎖輸出,同時電機自由停車,電流衰減,當轉(zhuǎn)速將至額定轉(zhuǎn)速時投入工頻電源;工頻向變頻切換時,先斷開工頻接觸器,自由停車,避開反電動勢影響,切換至變頻器,變頻器跟蹤電動機轉(zhuǎn)速啟動運行。ABB系列變頻器就具有該種功能。該種方式需要調(diào)試延時時間,適用于中小功率。2.2系統(tǒng)震蕩分析及處理變頻器自動控制不穩(wěn)定,反應信號不及時或者不準確,供水壓力值不是保持在一個平穩(wěn)位置。造成壓力升高系統(tǒng)減泵運行,但又出現(xiàn)壓力缺乏,系統(tǒng)重新把變頻泵切換為工頻運行,同時又變頻增加一臺水泵運行。但壓力有過高,重新開場減泵運行,如此反復循環(huán)的振蕩運行。系統(tǒng)表現(xiàn)為電機頻繁切換,而壓力頻繁變化,影響系統(tǒng)穩(wěn)定。(1)PID參數(shù)設置不當,導致系統(tǒng)震蕩[4]。當然也包括用水量的宏大變化,使得原來設定的PID參數(shù)不知足如今的要求。故需要重新設定。若水壓在設定值上下劇烈波動,則調(diào)節(jié)PID指令的微分常數(shù),使設定值適當減小,同時適當增加積分常數(shù)值;若調(diào)整過于緩慢,水壓的上下偏差很大,則講明系統(tǒng)的比例常數(shù)設定值過大,應適當減小。以ACS510變頻器為例,某高校供水系統(tǒng)假期期間出現(xiàn)壓力震蕩,經(jīng)分析以為用水量變化過大,需要修改變頻器PID參數(shù)。調(diào)整值表1,調(diào)整后系統(tǒng)基本穩(wěn)定,假期結(jié)束又恢復原值。(2)切換時間設置不當,十分是在臨界值時,即單臺電機壓力缺乏,但再增加一臺變頻運行水泵,即便在最低頻率運行,壓力也超限。造成水泵在臨界點來回切換出現(xiàn)震蕩狀態(tài)。能夠適當提升壓力設定值,或者設置延時時間。在管道最高壓力之下,重新設置高一級的壓力期望值,避開震蕩點;加堿泵該操作不應該霎時完成,故需設置一個適宜的緩沖時間。當知足水泵增減條件時,系統(tǒng)開場計時,假如在設定時間內(nèi),轉(zhuǎn)換條件一直保持,則系統(tǒng)根據(jù)發(fā)出加減泵操作操作信號。在設定時間內(nèi),假如轉(zhuǎn)換條件不能一直維持判則不發(fā)出加減泵操作信號。當水泵增減條件再次知足時,則重新計時并開場比擬。表1ACS510PID參數(shù)調(diào)整2.3其他故障及處理恒壓供水系統(tǒng),水泵是旋轉(zhuǎn)部件,容易出現(xiàn)機械故障,但表現(xiàn)出來的往往是電氣故障。因而要從電氣表現(xiàn)出來的故障進行分析,找到機械故障。下邊以ACS510變頻器的供水系統(tǒng)故障進行分析。(1)絕緣損壞。對近兩年的運行狀況分析,屢次出現(xiàn)F0016報警,電機停轉(zhuǎn)。該報警號為接地故障。用搖表檢測故障電機主電路端子處的接地電阻,幾乎為零。故該線路或者電機絕緣損壞需要更換。由于水泵電機在井下,和電纜一并工作在潮濕環(huán)境。故都有可能絕緣損壞,所以實際中要認真判別是電機故障,還是電纜故障。(2)止回閥損壞。變頻器出現(xiàn)F0012報警,經(jīng)查詢?yōu)槎罗D(zhuǎn)故障?，F(xiàn)場調(diào)試,發(fā)現(xiàn)某一臺電機單獨工頻啟動正常,但變頻啟動時,初始電流是額定電流的1.5倍,隨后恢復至正常值,但是自動運行時,電機不能夠正常切換發(fā)生報警停車。懷疑止回閥故障,更換后正常,變頻啟動時電流從小電流逐步上升至額定電流。由于止回閥磨損導致霎時堵轉(zhuǎn),當把止回閥打開后恢復正常運行,但在切換是由于止回閥不能順利開通和相鄰管道的影響,使該水泵不能夠打開止回閥。3小結(jié)使用PLC與變頻器實現(xiàn)恒壓供水已經(jīng)廣泛應用,單臺變頻器拖動多臺電機運行控制系統(tǒng)構(gòu)造簡單,系統(tǒng)成本較低已被廣大用戶使用。華而不實系統(tǒng)的穩(wěn)定運行便尤為重要。在系統(tǒng)調(diào)試和使用經(jīng)過中,對工頻與變頻切換跳閘、系統(tǒng)壓力震蕩和常見的機械故障進行分析,并提出了解決辦法。能夠有效預防設備故障,做到提早預防,減少停機率,延長設備的使用壽命,對提高和改善供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的實用價值。以下為參考文獻[1]胡月來,黃漢英.農(nóng)村恒壓供水控制系統(tǒng)的故障分析與