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分时定压技术在供水系统中的应用 作者：刘纯 水暖厂生产办 论文摘要：供水系统是一个复杂的能量传递过程，其被控对象是一个复杂多变量的控制对象，具有不确定性、状态不完全可测的特点，且全天各时段的供水状况也大不相同，使得供水管网全天各时段压差过大，造成能源的巨大浪费。要想解决此问题，就首先要解决供水调度系统中的控制方法。为此，采用分时定压控制方法，可以根据全天各时段用水量的不同，设定不同的压力值，使系统的综合效率最高，总功率最小，从而达到节约电能的目的，并达到自动化操作、无人值守的控制策略 关键词：分时定压 综合效率 自动化操作 自90年代开始，我国供水行业开始使用变频调速恒压供水设备，我们铁煤集团公司也于1997年正式引入该技术，在集团公司办公大楼试用，反响较好。进入新世纪以来，该技术在全矿区各供水系统得到了全面的推广和应用。这种新型供水方式与传统的水塔（高位水箱）或气压供水方式相比，无论是设备的投资、运行性还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，且具有明显的节能效果。传统的供水方式用简单的提升水压满足用水要求，必须由水泵以高出实际用水高度的压力来提升水量，靠调节水泵出口或口阀方式来人为增加管网阻力达到变化流量和压力的目的，在控制过程中，流程阻力损失相应增加，而水泵的特性曲线不变，叶片转速不变，电机输入功率并无减少，而是白白地损失在调节过程中。 当电机以额定转速n0运行，阀门角度以a0（全开）、a、a1变化时，管道压力与流量只能是沿A、B、C点变化。即若想减小管道流量到Q1，则必须减小阀门开度到a1，这使得阀前压力由原来的P0提高到Pq。实现分时定压控制以后，通过变频调速控制后，压力由原来的P0下降到Ph，前后存在一个较大的压差△P=Pq－Ph。 如果让阀门全开（开度为a0），采用变频调速，使风机转速至n1，且流量等于Q1，压力等于Ph，那么在工艺上则与阀门调节一样，达到自动控制的要求，而在电机的功耗上却大不相同。水泵的轴功率与流量和扬程或压力的乘积成正比，在流量为Q1用阀门节流时，电动机的功率用公式表示为： Nf = K Pq Q1 [1] 在流量为Q1用变频技术控制系统调节流量时，电动机的功率用公式表示为： Nj = K Ph Q1 [2] 用变频技术控制系统调节流量比阀门节流节省的电能理论为： Nj－Nf = K（Pq－Ph）Q1 = Q1△P [3] 由图可见，流量越低，变频调节与阀门调节的压差越大，也就是说用变频调速在流量小，转速低时，节能效果更好。根据两种调节方式的压差（如图1所示），我们提出了分时定压控制技术，分时定压控制技术也就此被广泛应用于供水系统当中。 三 分时定压技术的理论分析 1 分时定压供水的原理 分时定压设置分常压设置和六个时间段，在常压设置状态，系统按设置好的常压运行；在六个时间段，系统按设置压力分段运行。在每天用水高峰或低谷的时间段，通过PLC程序写入调度控制系统，使供水系统在该时间段自动调整系统供水压力，使之在合适的压力下运行，达到节约电能、自动控制、无人值守的目的。 2 分时定压供水的控制策略 根据供水系统全天各时段流量、频率、压力的波动曲线，可将分时定压的控制过程分为2步：一是预先对已知的供水系统（深井或加压站水泵）进行一段时间的监测，并绘制水泵运行曲线图，确定水泵一天各时段的用水量，再从中找出一天中流量波动较大的若干时段，作为PLC系统设定中的“分时”设置，在此时段调整供水压力；二是对已设定的若干时段（压力恒定不变）实行闭环恒压控制，通过频率的波动来调整流量，使水泵在全天运行当中，综合效率最高，总功率最小，从而达到节约电能的目的，达到自动化操作的控制策略。 3 分时定压供水的控制方式 基本的控制方式是：规则控制和反复控制。 4 分时定压的控制原理 对于已知供水管网的分布特性，根本多年的运行管理和调度经验，以及实测最不利控制点的压力和节点压力的平均值，将一天24小时分成若干各有特点的时段，在对各时段供水压力分别进行调度控制，即分时定压控制的思想是：主要以控制对管网最不利点压力变化影响较大的时间段为主，此时提高供水压力及流量，让水泵多供水；而以其他用水量相对较小的时间段为辅，满足节点压力即可，此时段压力选定后，利用变频系统调节控制流量，从而实现最大限度的节能供水。 四 分时定压供水技术的实例分析 1、以南区配水厂3#泵为例，南区配水厂的大多数用户是矿区居民，其用水量约占全部供水量的85%左右，按照矿区工作生活的的作息时间和生活习惯，用水的高峰时段为早5：30—7：30 午11：30—13：00 晚17：0