1、变频器在消防稳压系统中的应用摘 要：用变频器设备，对于企业提高经济效益、提高设备技术含量、安全、稳定运行具有很好的促进作用。关键词：变频器；水锤；消防稳压系统一、概述我公司公司的高压消防水系统是稳高压系统，管网水压正常时要求保持在 1.0MPa，该系统建成于 2008 年 10 月，自 2009 年 4 月开始运行。二、改造原因公司原来的高压消防水稳压系统是一个简单的位式动作控制系统，由 2 台功率为 15KW 的稳压泵、一台 2.4m3 的稳压罐、一台电控箱、1 块电接点压力表及管网组成。当高压消防水系统压力低于设定值（0.8MPa）时，电接点压力表下限触点动作，给电控箱内的 PLC 送压力
2、低信号，PLC 按照预定程序发出启动信号，启动 1#稳压泵。1#稳压泵启动给管网增压的同时向稳压罐储能，此时若外部无用水（或用水量较少）情况，待系统压力升高到设定值（1.2MPa）后电接点压力表上限触点动作，给设于电控箱内的 PLC 送压力高信号，PLC 按照预定程序断开启动信号，停止 1#稳压泵，系统处于压力保持状态，由稳压罐维持管网压力，此时管网压力会缓慢下降，当系统压力再次降至设定值后启动 2#稳压泵。如此，往复循环1#、2#稳压泵交替工作保持管网压力。若 1#稳压泵启动后系统压力依然下降，PLC 还会按程序发出启动信号，启动 2#泵，2 台泵同时工作，最大可能的使管网压力维持在 0.8
3、1.2MPa 之间，保障高压消防系统的可靠运行。稳压系统组成原理如图 1 所示：图 1由以上工作原理可看出，原稳压系统设计的是一个 2 位式的动作控制系统，理论上也能保障管网压力稳定在 0.8MPa1.2MPa 之间。但是实际运行中发现，每次在稳压泵启动和停止瞬间，泵组及出口逆止阀、入口软连接都有很大的震动产生和发出声响。原来，由于稳压泵电机采用直接启动，所以启动和停止过程就很短因而产生了很强的水锤效应，并且为了维持系统管网压力 2 台稳压泵约 12 分钟就启停一次，频繁的启停使水锤效应的危害更加明显。自 2009年 4 月份该系统运行以来，已累计损坏电接点压力表 3 块、出口逆止阀 8 台、
4、软连接 6 个。并且由于不断受到震动，电接点压力表经常失灵导致高压消防系统误动作而造成 315KW 高压消防电动泵的启动，而每次高压电动泵启动后需要岗位操作工先通过调度确定外部无火情后才能到现场去停泵，不但耗费了大量的电能也给岗位操作工增加了不少作量。怎样防止止回阀和软连接的频繁损坏？如何解决电接点压力表因受震失灵而造成的误动作？既然稳压泵的启动和停止过程所产生的水锤效应是止回阀和压力表的损坏直接原因，那想办法不让稳压泵在启停时水锤产生也就从根本上解决了这个问题。考虑到 400 单元470 搅拌器电气控制改造后闲置了的 4 台 15KW 丹佛斯 FC302 型变频器，还有变频调装置对反馈信号具
5、备响应快速、调节精确的优点，作者决定利用变频调速技术对稳压系统进行改造。二、系统组成及工作原理此次改造所利用的丹佛斯 FC302 型变频器原本是为 470 搅拌器的调速控制选配的，这一款变频器更主要强调的是机械性能，不具备如：周期倒泵、一拖二等专用于恒压供水使用的一些功能。所以在系统组成时主要利用 FC302 变频器的变频调速功能和过程 PID 控制功能与原系统 PLC 相结合，组成一个自动的变频器-PLC 恒压控制系统，系统组成原理见图 2：图 2由图 2 可见，该系统主要由 2 台稳压泵、一台稳压罐、一台带变频器、PLC 控制器的电控柜、1 块电接点压力表、1 台压力变送器和管网组成。比较
6、图 1、图 2，新系统与原系统相比增加了 1 台变频器、1 台压力变送器。改造后变频器根据压力变送器检测的管网压力信号自动调节输出频率控制 1 台稳压泵运行，使管网压力稳定在1.0MPa。当外部用水导致管网压力下降到 0.7MPa 时，电接点压力表下限触点动作，给电控柜内的 PLC 送压力低信号，PLC 按照程序发出启动信号，工频启动另一台稳压泵保持管网压力稳定在1.0MPa，外部停止用水后，管网压力上升，高于 1.2MPa 后电接点压力表上限触点动作，给电控柜内的 PLC 送压力高信号，PLC 按照程序断开启动信号，停止工频运行泵，稳压系统由变频器自动运行保持系统恒压的状态。根据控制原理及动
7、作要求设计控制系统的硬件组成见图 3：图 3三、系统试运行根据说明书及系统硬件配置，变频器主要参数设置见下表参数号 意义 设定为0-02 电动机速度单位 （1） HZ 0-20 显示行 1.1（小） 定义为参考值（1601）0-22 显示行 1.3（小） 定义为反馈（1652）1-00 配置模式 过程 PID（3）1-03 转矩特性 可变转矩 （1）1-04 过载模式 正常过载模式（1）3-03 最大参考值 10003-15 参考值来源 533-41 加速时间 303-42 减速时间 304-12 电动机速度下限 30HZ4-14 电动机速度上限 50Hz6-22 端子 54 低电流 4mA6
8、-25 54 端参考/反馈高 10007-20 过程 CL 反馈源 (2)7-33过程 PID 比例增益 0.87-34过程 PID 积分时间 10 秒6-26 54 端滤波时间 2 秒系统硬件安装完成后，按上表设定好了变频器各参数后开始试运行。首先，选择 1#泵作为变频泵、2#泵作为工频泵。变频启动 1#泵，随着频率输出增加管网压力逐渐增高，待管网压力达到 1.0MPa 后，变频器输出稳定在 40HZ 左右，管网压力稳定在 1.0MPa。运行一段时间后手动微开消火栓，管网压力下降，变频器也随着压力的变化增加输出频率，使管网压力始终保持在 1.0MPa。将消火栓开度逐渐加大，变频器随之响应增加
9、输出频率。当输出满频后再开大消火栓，当压力下降至 0.8MPa 后，随着 2#泵的自动启动，管网压力上升，变频器输出减少，依然将管网压力稳定在 1.0MPa。关闭消火栓后，因 2 台泵都在运行，管网上升，到 1.2MPa 时 2#泵退出，稳压系统又回到由变频器自动调节输出频率控制稳压泵运行保持系统恒压的状态。系统运行情况达到了预期的目的。但是，在接下来 2 天的试运行中发现有 2 个问题。第一个问题是当 1 个消火栓阀门半开的情况下，会出现工频运行泵出现启动退出反复动作的情况。经过几次动作试验，发现原来是变频器加速速度没有跟上管网压力的变化，于是将 3-41 参数改为 20 秒，并且将电接点压
10、力表下限改为 0.7MPa，参数修改后，反复进行动作试验都能够满足系统要求了。第二个问题是当外部完全没有用水的情况下，变频泵连续运行一段时间后发现泵体及泵出口管线发热。经过仔细检查，发现发热部位是在水泵泵体处开始的。原来，稳压系统不同于恒压供水系统，由于外部没有用水点，水不流动而水泵又在连续运转，结果导致泵腔内的水一直被搅拌而发热。于是微开系统回流泄压阀门，使得有少量水循环，发热现象也随之消失。解决这 2 个问题以后，变频稳压系统就一直稳定运行，再未发现任何问题。四、效益分析1.电能节约以外部无用水并且系统完好的工况分析：原系统：每 2 分钟启动一次，每次运行 30 秒，并考虑稳压泵电机在启动
11、 5 秒钟内的 6 倍额定电流，在加上高压清洗机工作时一台稳压泵连续运行，此时按每次 10 小时，全年 30 次考虑平均功率 P1=Pe*(30/120+5x6/120)+Pe*（10x30/7200）=15x0.5+15x0.042=8.13KW变频系统：实测电流为 15A, cos 按 0.8 考虑P2=1.732UIcos=1.732x0.38x15x0.8=7.9KW P=P2-P1=7.9-8.13=-0.23KW全年节约电量 Q=Px7200=1656 KWh节约电费 Qx0.529=1656x0.529=876 元2.稳压系统材料损耗原系统：2009 年 4 月至 2010 年
12、10 月共 18 个月，已累计损坏电接点压力表 3 块、出口逆止阀 8 台、软连接 6 个。电接点压力表每块 3,300 元，止回阀每台 900 元共损耗材料费用：3x3300+8x900=17,100 元，相当于年损耗17100x12/18=11,400 元变频系统：由于变频稳压系统是通过采用变频器自动调节输出频率控制稳压泵运行，稳压泵一直保持连续平稳运行状态，不再产生水锤现象，所以压力表、止回阀、软连接几乎不会有损耗。综合比较电能和材料损耗，采用变频器稳压系统全年可节约出费用 12,276 元，这还不考虑当原系统中电接点压力表受震损坏后误动作造成消防主泵启动的电能消耗。五、结束语由运行效果和效益分析可见，变频器在消防稳压系统中的使用，既可以很好的保持消防管网对水压要求，减少系统误动作发生，减轻操作工人劳动量，同时还可以减少材料设备的损坏，节约维护维修费用，并且这次改造的成功也为变频器技术的应用又提供了一个很好实例。
