分时定压技在供水系统中的应用.doc

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，靠调节水泵出口或入口阀门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，而水泵的特性曲线并不改变，水泵的叶片转速也不变，电机输入功率并无减少，而是白白地损失在调节过程中。 一 分时定压技术的产生背景 近年来，随着城市供水管网的不断更新、改造和扩建，城市管网供水压力分布不均的问题日益突出。由于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控制对象，具有不确定性、状态不完全可测的特性，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。此时，要想达到管网的经济运行，一般采用调节循环泵处口阀门来调整供水流量和压力的措施，而人为调整供水压力却又不能满足各加压站无人值守的要求。之所以存在上述问题，主要是供水调度自动控制系统的控制功能有缺陷，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（PLC程序）控制方法，是供水系统节能增效的关键。 铁法矿区于1958建矿，水源由建矿之初的地表水、深井水、发展到引柴水，供水系统经历了由高位水箱、水塔、提升水压保证生产生活用水需求，到现在的分时定压供水。实现了由利用水泵高出实际用水高度的压力“提升”水量，到依据用水量变化时保持水压恒定自动调节系统的运行参数满足用水要求。现在普遍使用的调速变频恒压供水系统因其节能、安全、高品质供水得到了越来越普遍的应用。 二 分时定压技术的课题提出 水泵类的负载多是根据满负荷工作需用量来选型，实际应用中大部分时间并非工作于满负荷工作状态。常用调节水泵阀门或开、停水泵来调节流量，但大电机在工频状态下频繁开、停时比较困难的，电机冲击较大，势必造成电能损耗和开、停泵时的电流冲击，而且开、停水泵也不满足现阶段24小时全天供水的总体方针。采用分时定压技术，采用PLC控制原理控制水泵负载是一种最科学的控制方法。当电机在额定频率的80%工作时，其转数也是额定转数的80%，理论上其消耗的功率为额定功率的（80%）3，即51.2%，去除机械损耗等影响，节能效率也接近40%，同时也实现闭环恒压控制，使节能效果进一步提高。由于分时定压供水技术中的PLC系统可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。所以，为了达到节能目的，阀门调节供水已逐渐被分时定压供水技术所取替。 阀门的开启角度与管网压力、流量的关系示意图（如图1）： 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