管网叠压（无负压）供水控制方式浅谈
——张朝晖 孙建民 于洪波
摘 要 ：指出了管网叠压（无负压）供水控制方式存在的技术问题并
简略论述之
关键词：管网叠压 控制方式 稳压运行 管网冲击 系统安全
随着城市建设的快速发展，对城市供水能力的需求也在不断增加，二次加压供水已成为建筑建设中不可缺少的重要环节。叠压（无负压）变频供水设备以其节资、节能、卫生、环保等优越性，已被广大建设单位及用户接受和使用。当前的叠压（无负压）供水设备运行控制方式有很多种，以三台水泵并联运行为例，对应用比较普遍的四种控制方式简述一下其对整个二次供水系统的影响。
第一种运行控制方式为一拖三型控制。即三台水泵交替使用一台变频器供电。当1#变频泵工作到50赫兹仍然不能满足系统用水需求时，控制系统会将1#泵变频电源切断，将1#泵电机电源改成工频电源供电，控制系统将2#泵投入变频运行控制。同样投切过程启动3#泵，直至恒压运行为止。这样的控制方式虽然降低了设备本身的投资成本，简化了控制过程的复杂性，但该控制过程是将变频器在高频率、高电压、大电流输出工况下强行卸载，首先对电气系统产生极大冲击，对变频器、电动机、及电气控制元件都有损害，增加了功耗，严重影响电气系统的使用寿命。同时瞬间断电、断水会使系统管网压力瞬时
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下降，产生水锤效应，导致系统压力短时波动，影响供水系统使用的舒适度。尤其是在切换临界点用水量时，会出现频繁切换水泵，使系统无法在设定压力范围内稳定运行，对系统管网破坏极大。
第二种运行控制方式为双变频控制。系统配置二台变频器P1、P2，其中P1变频器控制1#、2#水泵以一用一备方式运行，P2变频器固定控制3#水泵。系统首先启动P1变频器拖动1#泵变频运行（此时2#泵为备用泵），当系统用水量加大、水压降低时，P1变频器的运行频率增加，提高水泵转速。当1#水泵的运行频率达到50赫兹仍然不能满足系统用水需求时,控制系统自动控制P2变频器拖动3#泵从0赫兹开始平稳启动运行，在保证系统流量的同时，实现了加泵过程的平稳切换，减小了对管网的冲击。此时1#水泵以50赫兹频率运行，而P2变频器根据系统用水量的增减自动调整3#水泵转速稳压运行。随着系统用水量的减小，控制系统自动调整P2变频器的运行频率，降低3#水泵转速。当3#水泵运行频率达到运行下限值时（可调），控制系统自动控制3#泵停止运行，同时调整P1变频器的运行频率控制1#水泵稳压运行。2#泵为主泵，1#泵为备用泵时的控制过程与上述相同。此运行控制方式有效地解决了临界点用水量时频繁切换水泵对管网的冲击，提高了系统的安全系数。该运行方式最多可以启动2台水泵，余下的一台水泵为备用泵。相对应的水泵选型会偏大，整体能耗及低频能耗也会增加。另外系统需要2台水泵工作时，如3#水泵故障，只能启动1台水泵工作，无法满足系统要求；当长期1台水泵工作满足系统要求时，3#水泵长期不运行，对水泵极其不利并且闲置管
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路造成短流会形成死水区，造成水质恶化。
第三种运行控制方式为全变频同频控制。控制系统配置三台变频，以一拖一形式对接每台水泵，系统首先启动1#变频器拖动1#泵变频运行，当系统用水量加大、水压降低时，1#变频器的运行频率增加，提高水泵转速。当1#变频泵工作到50赫兹仍然不能满足系统用水需求时，控制系统自动控制2#变频器拖动2#泵以预设频率30赫兹（可调）变频运行，同时1#泵频率逐级下调至预设频率30赫兹（可调）。此时2台泵将同时以30赫兹稳压运行，在保证系统流量的同时实现了平稳过渡。随着系统用水量的增加，系统自动调整变频器频率稳压运行，在此期间两台水泵始终保持转速一致（即同频运行）。当2台水泵同时运行到50赫兹且无法满足系统用水要求时，控制系统自动控制3#变频器拖动3#泵以预设频率30赫兹（可调）变频运行，同时1#、2#泵频率同时逐级下调至预设频率30赫兹（可调）。此时3台泵将同时以30赫兹稳压运行，再视系统用水量需求，系统自动调整变频器频率稳压运行，在此期间三台水泵始终保持转速一致（即同频运行）。随着系统用水量的减小，控制系统自动减少变频器的运行频率，降低水泵转速。当3台水泵运行频率达到下限频率38赫兹（可调）而仍然高于系统设定压力值时，控制系统自动控制3#泵停止运行，同时1#、2#泵转速迅速提升，系统控制1#、2#水泵以同频转速稳压运行，保证系统流量需求。如系统用水量继续减小，控制系统自动减少变频器的运行频率，降低水泵转速。当2台水泵运行频率达到下限频率33赫兹（可调）而仍然高于系统设定压力值时，控制系统
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自动控制2#泵停止运行，同时1#泵转速迅速提升，系统控制1#水泵变频稳压运行，保证系统流量需求。
该控制方式实现了每台水泵平滑启动，对电网无冲击，降低瞬间启动功耗，提高了系统用水舒适度。由于此控制方式为多台水泵同频运行，和其它控制方式比较，真正克服了临界点用水量时出现频繁切换水泵的弊病，有效的保证了系统管网的稳定性和安全性。而且在运行时，有效地减少了噪声污染。但水泵在低频低效区或不在高效区工作的可能性大，经常在低频运行会有很多技术问题，例如：电机的低频馈电发热、低频时机械共振，能耗加大。水泵会偏离高效率区和稳定工况区，水泵上端积气造成真空度跌落，使其在加速时没有出水量，空搅泵体内死水发热等。
第四种运行控制方式为全变频跟进式控制。控制系统配置三台变频，以一拖一形式对接每台水泵，系统首先启动1#变频器拖动1#泵变频运行，当系统用水量加大、水压降低时，1#变频器的运行频率增加，提高水泵转速。当1#变频泵工作到50赫兹仍然不能满足系统用水需求时，控制系统将1#变频泵的运行频率固定在50赫兹，控制系统自动控制2#变频器拖动2#泵从0赫兹开始稳压运行，使供水压力值保持在设定范围之内，在保证系统流量的同时，实现了跟进式平稳过渡。将系统的稳定性控制在最佳状态，系统自动调整2#变频器频率稳压运行。伴随着系统用水量的增加，当2#变频泵运行频率达到50赫兹且仍无法满足系统用水要求时，控制系统将2#变频泵的运行频率固定在50赫兹，控制系统自动控制3#变频器拖动3#泵从0赫兹
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开始稳压运行，使供水压力值仍然保持在设定范围之内。在保证系统流量的同时实现了再一次跟进式平稳过渡，将二次管网系统的波动机率降到了最低，系统自动调整3#变频器频率稳压运行,。此时1#泵、2#泵运行于高效率区，充份利用了水泵的特性，降低了能耗。随着系统用水量的减小，控制系统自动调整3#变频器的运行频率，降低水泵转速。当3#水泵运行频率达到下限值时（可调），控制系统自动控制3#泵停止运行，同时将2#泵的运行频率固定信号解除，系统自动调整2#变频器频率稳压运行，从而实现了平滑的切泵过程，而且1#水泵始终运行在高效率区。如系统用水量继续减小，控制系统自动调整2#变频器的运行频率，降低水泵转速。当2#水泵运行频率达到下限值时（可调），控制系统自动控制2#泵停止运行，同时将1#泵的运行频率固定信号解除，系统自动调整1#变频器频率稳压运行，保证系统流量需求。
该控制方式从启泵加速、运行到减泵稳压整个控制过程，实现了平稳过渡，提高了系统用水的舒适度。其加、减泵控制过程对供水系统的冲击很小，提高了供水系统的安全性、可靠性和稳定性。而且有效地解决了临界点用水量时频繁切换水泵对管网的冲击。由于系统用水量的不确定性，当用水量加大时，会有多台水泵运行于高效率区，同第三种控制方式相比较机械噪声会稍大些，对环境的舒适性有些影响。为实现平稳过渡，当有一台水泵50赫兹工作时，另一台水泵可能运行于低频低效率区，同时也会产生相对的低频能耗。
通过对上述四种控制方式的分析可知：设备水泵数量越多，水泵
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切换的几率越大，并且有可能出现水泵流量和系统需水量正好相差不大的临界波动状态，导致水泵频繁切换的情况发生。在水泵数量相同的情况下，变频器数量决定系统的最终稳定性，最佳搭配是水泵和变频器一对一控制。
结束语：本文介绍了以上四种控制方式的控制过程，指出了其优、缺点对供水系统及控制系统等方面的影响。叠压（无负压）变频供水设备的控制运行方式对整个供水系统的安全性、稳定性、可靠性、舒适性及节能性等方面起着决定性作用。上述运行控制方式的技术指标尚有欠缺，需采取必要的技术措施将其完善，使叠压（无负压）这项新技术被用户广泛接受和认可。
作者：张朝晖 职称：高级工程师
孙建民 职称：高级工程师 于洪波 职称：工程师
工作单位：哈尔滨供排水集团二次供水公司 地址：哈尔滨市道里区河柏小区102栋2门市 邮编：150076 电话：0451-87607590 邮箱：ecgsb@sina.com 发稿日前：2009年8月18日
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