convoCVF-P2系列变频器在小区供水系统中的应用———博世力士乐

1、引言
         生活用水与人们息息相关，随着城市规划的完善，越来越多的居民小区供水采用恒压自动控制。另一方面，随着变频技术的推广，泵类专用变频器在恒压供水系统已有了广泛应用。本文主要讲述深圳某小区供水系统及康沃风机/水泵专用型P2系列变频器在恒压供水控制系统中的应用。

2、恒压供水系统描述
2.1小区供水的基本模式
小区恒压供水的一般模式如图1所示。通过水泵提高供水管道压力，将水上扬送至高层住户。由于用户用水时间及用水量变化，要求维持管道供水压力，通过调节水泵电机的转速，可实现压力恒定。


小区恒压供水系统示意图
图1 小区恒压供水系统示意图

2.2供水系统特性
恒压供水系统中，常用的参数主要有：
·流量（Q）：单位时间流过管道内某一截面的水量，单位m/s、m/h；
·扬程（H）：单位流量的水被上扬时所获得的能量，单位m；
·全扬程（HT）：总扬程，即水泵可达到的扬程；
· 实际扬程（HA）：水泵实际提高水位所需的能量；
·损失扬程（HL）：全扬程与实际扬程的差，HT=HA+HL；
·管阻（R）：管道系统对水流的阻力；
·压力（P）：供水系统中某一位置的水压。
供水系统的主要特性有：扬程特性与管阻特性，如图2所示。


供水系统的主要特性

图2 供水系统的主要特性
当用水管道全通时，用水量与扬程之间关系为扬特性。由图2-(a)可知，当用水流量越大时，扬程越小。管阻特性指供水流量与管网阻力间的关系，由图2-(b)可知，供水流量越大时管网阻力也越大。供水系统稳定工作点为扬程特性与管阻特性的交点，即图2-(c)中的A点。

2.3变频节能原理
一般供水系统中，流量调节方法一般为阀门控制法和转速控制法两种。
阀门调节法主要通过调节出水管的开度来调节流量，实际是通过改变管道的阻力来改变水的流量。阀门调节时，管阻特性随着阀门开度的变化而变化，而电机恒速运行，因此扬程特性并不改变。如图3所示，当流量从QA下降到QB时，稳定工作点由A点移到B点，供水功率PA与0EBF区域的面积成正比。
转速调节法是通过改变水泵转速来改变水的流量。管道一般处于全开状态，如果水泵转速改变，则全扬程也改变。采用转速调节法时，扬程随着转速改变而改变，但管阻特性则保持不变。如图3所示，当流量从QA下降到QB时稳定工作点由A点移到C点，供水功率PB与0ECH区域的面积成正比。
从图3可看出，采用转速调节法比采用阀门调节法节约的功率△ P与HCBF区域的面积成正比。由水泵特性得出以下关系：
流量与转速成一次方关系：Q1/Q2 = n1/n2；
扬程与转速成二次方关系：H1/H2 = ( n1/n2 ) 2
电机轴功率与转速成三次方关系：P1/P2 = ( n1/n2 ) 3
由上述推导可以知道，采用转速调节法的节能效果很明显。随着变频调速技术不断成熟，恒压供水采用变频器来控制水泵转速。由电机转速公式：n=60f/p，其中，n为电机同步转速，f为供电频率，p为电机极对数，可知电机供电频率f与转速成正比。这样，采用变频器调速时，变频器的输出频率与流量、扬程及电机轴功率也有上述的n次方（n=1,2,3）比例关系。


变频调速节能效果比较图

图3 变频调速节能效果比较图

3、康沃变频器在恒压供水中的应用
3.1恒压供水变频控制工作原理
图4为恒压供水的变频控制示意图。


恒压供水变频控制示意图

图4 恒压供水变频控制示意图
变频器根据给定压力指令控制水泵电机，出口检测传感将管道压力信号反馈给变频器，经变频器内置的PID进行控制。当实际压力小于设定压力时，变频器控制电机加速；当实际压力大于给定压力时，变频器控制电机减速，从而保持管道压力恒定。

3.2康沃CVF-P2变频器的应用
深圳康沃电气技术有限公司生产的CVF-P1/P2系列风机/水泵专用变频器，选用供水附件可实现一台变频器最多控制四台水泵的恒压供水系统。目前在生活供水、工业用水、中央空调系统、污水处理等行业都有一定的应用。以康沃CVF-P2-4T0075变频器在深圳南山某住宅小区生活供水系统的应用为例，介绍恒压供水系统的调试情况。

3.2.1电气构成
该住宅小区生活供水系统由三台水泵构成，每台水泵的功率为11KW，采用一台CVF-P2-4T0110及供水附件进行控制。压力检测采用电阻式远传压力表，量程为1Mpa。该系统的主要电气控制框图如图5所示，图6为主电路图。

恒压供水系统电气控制框图
图5 恒压供水系统电气控制框图


恒压供水系统控制主电路图
图6 恒压供水系统控制主电路图

3.2.2恒压控制过程
采用多泵固定顺序投切方式，其加泵、退泵过程如下：
加泵过程：当实际压力小于设定压力时，变频器启动后拖动1号水泵电机运行，待运行频率上升至50Hz，并经设定的泵切换判断时间后，1号泵切换到工频运行，而变频器则继续起动2号泵运行，同样的，待变频器工作频率上升至50Hz，并经设定的泵切换判断时间后，2号泵切换到工频运行，变频器起动3号泵变频运行，直到实际压力等于设定压力时，变频器拖动相应的水泵电机运行。
退泵过程：退泵过程为加泵过程的逆过程。当实际压力大于设定压力，1号工频泵先停止，变频器驱动当前泵运行，若实际压力仍大于设定压力，再停止2号工频泵，变频器驱动当前泵运行，若实际压力还大于设压力，则变频器降低当前频率，直至实际压力等于设定压力。

3.2.3主要参数设定
表1为该系统中CVF-P2变频器的主要参数设定列表。
表1康沃变频器参数设定表

功能码
设定值
功能码意义
功能码
设定值
功能码意义

b-0
2
运行参数选择
H-51
0
反馈信号特性

b-2
0.7 Mpa
设压力值
H-52
1
反馈通道增益

b-3
2
外部运行命令
H-53
1
PID显示系数

b-7
10秒
加速时间
H-54
2
PID控制器结构

b-8
10秒
减速时间
H-55
1
比例增益

L-0
1
V/F曲线设定
H-56
2
积分时间常数

L-4

L-5
15 Hz
下限频率
H-61
3
PID反馈断线动作

L-5
0
下限频率运行模式
H-62
1.00 Mpa
远传压力表量程

L-6
2
起动方式
H-63
0.4 Mpa
报警下限压力

L-11
1
停机方式
H-64
0.8 Mpa
报警下限压力

L-33
2
三线控制模式
H-65
0.3 Mpa
下限压力设定值

L-63
17
三线控制定义
H-66
0.9 Mpa
上限压力设定值

H-6
2
故障自恢复次数
H-67
0.5 Mpa
苏醒阀值

H-7
3秒
故障自恢复时间
H-68
0.8 MPa
睡眠阀值

H-48
4
三泵控制模式
H-69
120秒
泵切换判断时间

H-49
1
PID设定通道
H-70
0.2秒
电磁开关延迟时间

H-50
0
PID反馈通道
H-71
0
固定顺序切换

说明：变频器的起停采用三线控制模式，采用按钮开关以方便客户操作。压力表量程为1.00 Mpa，压力给定通过变频器面板数字设定。康沃P2系列变频器在选择恒压力供水方式时，d-6和d-7参数可直接显示系统的设定压力与反馈压力。另外，还根据用户要求设定睡眠与唤醒功能，即当供水压力达到睡眠设定值，且变频器运行降低至下限频率，如果此时实际压力还大于设定压力，则说明用户用水量很少，因此变频器可停止运行；当供水压力小于唤醒设定值时，变频器自动启动。同时，康沃变频器具备管道阻塞泄露等报警功能，若反馈通道断线或压力表损坏时，可按要求（例如按上限频率的一半）运行。

4、小结
         目前恒压变频控制技术已经比较成熟，应用也较普遍。采用变频控制既达到了节能效果，同时也实现了小区供水系统的自动控制。另一方面，采用变频器控制可简化电气控制电路，维护方便，水泵电机实现软起动亦可延长电机的使用寿命。该小区自去年采用恒压变频控制到目前为止，系统运行稳定，节能效果也达到了预期目标。