變頻恒壓供水設(shè)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(shè)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(duì)變頻恒壓供水設(shè)備常見(jiàn)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(shí)增加水泵的經(jīng)過(guò)和用水量下降時(shí)減少水泵的工作經(jīng)過(guò),也對(duì)該系統(tǒng)使用經(jīng)過(guò)中出現(xiàn)的工頻與變頻切換跳閘、系統(tǒng)震蕩及機(jī)械故障等進(jìn)行總結(jié)分析,并給出相應(yīng)的處理對(duì)策。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：恒壓供水;變頻器;PID;故障分析;當(dāng)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(shí)際需求設(shè)定供水壓力,根據(jù)用戶水量的需求投入或者切除水泵機(jī)組,實(shí)時(shí)保持水壓穩(wěn)定。另外,由于變頻器的軟啟動(dòng)和軟停車功能,能夠消除水錘效應(yīng),增加電機(jī)的使用壽命。工作時(shí),假如出現(xiàn)系統(tǒng)震蕩,則會(huì)造成電機(jī)或者其他管網(wǎng)部件的損壞[1]。實(shí)際使用經(jīng)過(guò)中,供水系統(tǒng)故障率影響著供水效果,對(duì)恒壓供水系統(tǒng)的常見(jiàn)故障及其原因做了深切進(jìn)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(jī)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(tái)水泵及電機(jī),根據(jù)用水量的大小投入不同數(shù)量的電動(dòng)機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)中必須有備用泵,保障不間斷的供水運(yùn)行。供水壓力信號(hào)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(hào)送入變頻器內(nèi)部。變頻器內(nèi)部設(shè)置期望的供水壓力參數(shù),而壓力表反應(yīng)信號(hào)與壓力設(shè)定值進(jìn)行比擬,經(jīng)過(guò)變頻器內(nèi)部的PID運(yùn)算,把結(jié)果轉(zhuǎn)換為調(diào)整變頻器頻率的啟動(dòng)信號(hào)。該結(jié)果高于與壓力設(shè)定值一段時(shí)間,則降低變頻器的輸出頻率運(yùn)行,若到達(dá)變頻器的最低運(yùn)行頻率仍然無(wú)法知足要求,則退出一臺(tái)水泵運(yùn)行。相反,假如當(dāng)下變頻器已經(jīng)到達(dá)頻率上限值,但是壓力反應(yīng)至還低于設(shè)定值,則系統(tǒng)自動(dòng)增加一臺(tái)水泵變頻運(yùn)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(duì)于用水量變動(dòng)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(tái)55KW變頻器拖動(dòng)三臺(tái)電機(jī)運(yùn)行。性價(jià)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(shí)現(xiàn)各臺(tái)電機(jī)的工頻運(yùn)行?？諝鈹嗦菲?QF)是電源開(kāi)關(guān)器件,做短路保衛(wèi)。熱繼電器(FR)做過(guò)載保衛(wèi)。該系統(tǒng)中,變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)任意一臺(tái)電機(jī)的軟啟動(dòng)和恒壓供水控制。首先KM1吸合,由變頻器軟啟動(dòng)M1電動(dòng)機(jī)變頻狀態(tài)下工作。當(dāng)用水量增大,變頻器運(yùn)行至上限頻率50Hz時(shí),水壓仍然低于低于壓力設(shè)定值,則變頻器停止輸出。KM1接觸器斷開(kāi),KM0吸合將M1切換為工頻工作。然后使KM3接觸器吸合,M2電動(dòng)機(jī)投入變頻運(yùn)行。當(dāng)M2電機(jī)的運(yùn)行頻率也到達(dá)上限頻率,而水壓仍低于設(shè)定值時(shí),能夠變頻驅(qū)動(dòng)M3電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行;減泵的工作經(jīng)過(guò):假設(shè)三臺(tái)泵滿負(fù)荷運(yùn)行,M1、M2工頻運(yùn)行,M3變頻運(yùn)行。當(dāng)用水量減少、變頻器運(yùn)行頻率低于下限值20HZ時(shí),但管網(wǎng)壓力仍偏高時(shí),PLC接收變頻器的最低運(yùn)行頻率信號(hào),延時(shí)后,接觸器KM5接觸器斷開(kāi),水泵M3停止運(yùn)行,KM2失電復(fù)位、而KM3變頻器運(yùn)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(tái)水泵M1變頻運(yùn)行。圖2恒壓供水系統(tǒng)電氣圖2故障分析及處理當(dāng)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(shí)現(xiàn)進(jìn)水量及系統(tǒng)的自動(dòng)啟?？刂?由總出水管安裝的壓力傳感器、PLC將檢測(cè)到的各種信號(hào),自動(dòng)調(diào)整變頻器的輸出頻率來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速到達(dá)整個(gè)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(dòng)電動(dòng)機(jī)增泵時(shí),變頻器輸出頻率到達(dá)50HZ,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也到達(dá)額定轉(zhuǎn)速,輸出電壓的大小和相位也與電源一樣,此時(shí)迅速切除變頻器,接入工頻電源運(yùn)行效果最佳。否則易造成工頻運(yùn)行斷路器跳閘。實(shí)際運(yùn)行中,由于相位一樣難于測(cè)定,十分是當(dāng)變頻器斷開(kāi)霎時(shí),電機(jī)的定子固然開(kāi)路,但定子繞組中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才能衰減完。轉(zhuǎn)子由于慣性作用仍會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),和電源產(chǎn)生相位差,就會(huì)對(duì)電網(wǎng)和變頻器造成電流沖擊。最嚴(yán)重的是當(dāng)它們之間相位差180度時(shí),將會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流,損壞變頻器等電氣設(shè)備。針對(duì)此種問(wèn)題,解決方案如下:一是監(jiān)測(cè)電機(jī)切換霎時(shí)變頻器輸出電動(dòng)勢(shì)的頻率和相位,假如和電源一樣,則投入切換裝置,實(shí)現(xiàn)變頻器與電網(wǎng)之間同步切換[3]。當(dāng)前常用鎖相環(huán)鑒頻鑒相技術(shù),變頻向工頻切換時(shí),當(dāng)變頻器出去50HZ時(shí),鎖相環(huán)鑒頻鑒相器檢測(cè)到輸出電壓的頻率、幅值、相序和相位與工頻電網(wǎng)一致時(shí),工頻接觸器吸合,切除變頻器,水泵電機(jī)接入工頻電網(wǎng)運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)工頻電源向變頻調(diào)速轉(zhuǎn)換。即減泵時(shí),變頻器現(xiàn)空載加速至50HZ,啟動(dòng)鎖相環(huán)節(jié),檢測(cè)頻率、幅值、相序一樣時(shí),變頻器投入運(yùn)行,工頻接觸器斷開(kāi)電源。該種方式方法平穩(wěn),但是造價(jià)較高,適用于大功率水泵使用。二是調(diào)整延時(shí)時(shí)間,減小轉(zhuǎn)子電流,在電機(jī)允許的范圍內(nèi)進(jìn)行切換。變頻向工頻切換時(shí),使得輸出頻率超出50HZ(在電機(jī)允許的范圍內(nèi)),切除變頻器并封鎖輸出,同時(shí)電機(jī)自由停車,電流衰減,當(dāng)轉(zhuǎn)速將至額定轉(zhuǎn)速時(shí)投入工頻電源;工頻向變頻切換時(shí),先斷開(kāi)工頻接觸器,自由停車,避開(kāi)反電動(dòng)勢(shì)影響,切換至變頻器,變頻器跟蹤電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速啟動(dòng)運(yùn)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(shí)時(shí)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(dòng)控制不穩(wěn)定,反應(yīng)信號(hào)不及時(shí)或者不準(zhǔn)確,供水壓力值不是保持在一個(gè)平穩(wěn)位置。造成壓力升高系統(tǒng)減泵運(yùn)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(yùn)行,同時(shí)又變頻增加一臺(tái)水泵運(yùn)行。但壓力有過(guò)高,重新開(kāi)場(chǎng)減泵運(yùn)行,如此反復(fù)循環(huán)的振蕩運(yùn)行。系統(tǒng)表現(xiàn)為電機(jī)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(shè)置不當(dāng),導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩[4]。當(dāng)然也包括用水量的宏大變化,使得原來(lái)設(shè)定的PID參數(shù)不知足如今的要求。故需要重新設(shè)定。若水壓在設(shè)定值上下劇烈波動(dòng),則調(diào)節(jié)PID指令的微分常數(shù),使設(shè)定值適當(dāng)減小,同時(shí)適當(dāng)增加積分常數(shù)值;若調(diào)整過(guò)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(shè)定值過(guò)大,應(yīng)適當(dāng)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(guò)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(fù)原值。(2)切換時(shí)間設(shè)置不當(dāng),十分是在臨界值時(shí),即單臺(tái)電機(jī)壓力缺乏,但再增加一臺(tái)變頻運(yùn)行水泵,即便在最低頻率運(yùn)行,壓力也超限。造成水泵在臨界點(diǎn)來(lái)回切換出現(xiàn)震蕩狀態(tài)。能夠適當(dāng)提升壓力設(shè)定值,或者設(shè)置延時(shí)時(shí)間。在管道最高壓力之下,重新設(shè)置高一級(jí)的壓力期望值,避開(kāi)震蕩點(diǎn);加堿泵該操作不應(yīng)該霎時(shí)完成,故需設(shè)置一個(gè)適宜的緩沖時(shí)間。當(dāng)知足水泵增減條件時(shí),系統(tǒng)開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí),假如在設(shè)定時(shí)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(hào)。在設(shè)定時(shí)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(hào)。當(dāng)水泵增減條件再次知足時(shí),則重新計(jì)時(shí)并開(kāi)場(chǎng)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(jī)械故障,但表現(xiàn)出來(lái)的往往是電氣故障。因而要從電氣表現(xiàn)出來(lái)的故障進(jìn)行分析,找到機(jī)械故障。下邊以ACS510變頻器的供水系統(tǒng)故障進(jìn)行分析。(1)絕緣損壞。對(duì)近兩年的運(yùn)行狀況分析,屢次出現(xiàn)F0016報(bào)警,電機(jī)停轉(zhuǎn)。該報(bào)警號(hào)為接地故障。用搖表檢測(cè)故障電機(jī)主電路端子處的接地電阻,幾乎為零。故該線路或者電機(jī)絕緣損壞需要更換。由于水泵電機(jī)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(shí)際中要認(rèn)真判別是電機(jī)故障,還是電纜故障。(2)止回閥損壞。變頻器出現(xiàn)F0012報(bào)警,經(jīng)查詢?yōu)槎罗D(zhuǎn)故障?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,發(fā)現(xiàn)某一臺(tái)電機(jī)單獨(dú)工頻啟動(dòng)正常,但變頻啟動(dòng)時(shí),初始電流是額定電流的1.5倍,隨后恢復(fù)至正常值,但是自動(dòng)運(yùn)行時(shí),電機(jī)不能夠正常切換發(fā)生報(bào)警停車。懷疑止回閥故障,更換后正常,變頻啟動(dòng)時(shí)電流從小電流逐步上升至額定電流。由于止回閥磨損導(dǎo)致霎時(shí)堵轉(zhuǎn),當(dāng)把止回閥打開(kāi)后恢復(fù)正常運(yùn)行,但在切換是由于止回閥不能順利開(kāi)通和相鄰管道的影響,使該水泵不能夠打開(kāi)止回閥。3小結(jié)使用PLC與變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓供水已經(jīng)廣泛應(yīng)用,單臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單,系統(tǒng)成本較低已被廣大用戶使用。華而不實(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行便尤為重要。在系統(tǒng)調(diào)試和使用經(jīng)過(guò)中,對(duì)工頻與變頻切換跳閘、系統(tǒng)壓力震蕩和常見(jiàn)的機(jī)械故障進(jìn)行分析,并提出了解決辦法。能夠有效預(yù)防設(shè)備故障,做到提早預(yù)防,減少停機(jī)率,延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命,對(duì)提高和改善供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的實(shí)用價(jià)值。以下為參考文獻(xiàn)[1]胡月來(lái),黃漢英.農(nóng)村恒壓供水控制系統(tǒng)的故障分析與