大型水泵变频调速系统设计与控制策略研究

李彭灏

深圳市东江水源工程管理处 广东深圳518000

摘要：随着工业化和城市化进程的加速，大型水泵在供水、排水、工业生产等领域扮演着重要角色。传统的恒速运行方式在保证正常供水排水的同时存在一定的能耗浪费和设备损耗。为了提高水泵系统的运行效率、降低能耗、延长设备寿命，采用变频调速技术逐渐成为一种主流选择。本文主要分析大型水泵变频调速系统设计与控制策略研究。

关键词：大型水泵；变频调速系统；控制策略；节能降耗；系统稳定性

引言

机电设备作为有效保障大型水利泵站正常运行的主要基础设施，为有效保证设备正常运行与水利泵站日常运转起着重要作用，因此，在实际安装中，为了使大型水利泵站机电设备能够更好地正常运行，需要对泵站机电设备安装维修工作流程管理的相关技术要点进行明确，将及时的市场需求结合新一代机电设备安装运行期的全面信息化、自动化管理，提高大型水利泵站设备的综合利用效益。

1、大型水泵变频调速系统的研究意义

传统的恒速运行方式存在较大的能源浪费，而使用变频调速技术可以根据实际需要灵活调节水泵的转速，最大限度地降低能耗，实现节能效果。变频调速系统能够通过合理设置软启动、软停止及过载保护等功能，对大型水泵进行更加精细的控制，有助于减少设备启停时的冲击、减轻机械压力，从而降低设备的损耗，延长设备的使用寿命。通过变频调速控制，可以使水泵系统根据不同工况需求灵活调整输出流量，保持系统运行在最佳工作状态，有利于提高系统的运行稳定性和可靠性。传统恒速水泵系统在启停及调节流量时容易产生水击现象，而变频调速系统可以平滑地调节流量，有效减少水击现象对管网和设备的损害。随着供水、排水需求的变化，变频调速系统能够快速响应，满足不同时段、不同区域的用水需求，提高了供水排水系统的适应能力和灵活性。

2、现有的大型水泵系统的运行情况及存在的问题

目前，大型水泵系统在供水、排水、工业生产等领域扮演着重要角色，然而其传统的恒速运行模式存在一系列问题。首先，由于恒速运行模式下水泵的输出功率始终保持不变，无法根据实际需求进行灵活调节，这导致了较大的能源浪费。同时，在高峰时段和谷时段用水压力的不均衡使得系统效率低下，造成用能的浪费。此外，由于水泵在启停或部分负载运行时，容易产生水击现象，不仅引起管道振动和噪音，还可能对管网和设备造成损害。另外，传统系统在部分负载下效率较低，能效问题日益突出。最后，恒速运行模式下，水泵系统往往无法灵活应对外部因素的变化，运行稳定性差，易出现过载或欠载现象。

因此，现有的大型水泵系统存在能源利用率低、灵活性差、水击问题突出以及能效较低等诸多问题。在供水、排水等领域，这些问题直接影响着系统的运行效率、能源利用、甚至安全生产。因此，急需引入更为智能、灵活的调速技术，如变频调速技术，以提升水泵系统的运行效率，降低能耗，并保障系统的稳定性和安全性。这也是本论文研究大型水泵变频调速系统设计与控制策略的重要意义所在。

3、大型水泵变频调速系统的控制策略

3.1变频器参数设置

变频器参数设置对于大型水泵变频调速系统的稳定运行至关重要。合理的参数设置可确保系统在不同工况下稳定运行，保护设备，并提高系统的效率和性能。对于大型水泵系统，设置适当的加速时间和减速时间非常重要。较长的加速/减速时间将减少水泵的启动和停止过程中的机械应力和液压冲击，有助于减少设备损耗和水击现象的发生。设置合适的输出电压上限和下限可以有效保护水泵及相关设备。在异常运行情况下时，系统可以及时进行限制，避免过电压或欠电压对设备造成损坏。设定适当的过载保护参数，当系统负载超过额定值时，变频器将自动执行保护动作，减少设备过载运行的风险。对于变频器本身的散热和温度控制，风扇控制参数需要根据实际情况合理设定，以确保变频器在长时间运行中的稳定性和可靠性。根据水泵实际运行需求，设置其它一些功能如自动开启、停止时间设定、故障报警等，以提高整个系统的安全稳定运行。

3.2频率跟踪控制

频率跟踪控制是大型水泵变频调速系统中的关键技术之一，通过频率跟踪控制，可以确保系统按照电网频率的变化自动调整工作状态，提高系统的稳定性和可靠性。频率跟踪控制需要实时监测电网频率。一旦电网频率发生变化，系统可以及时感知并进行响应。通过变频器内置的频率检测功能，可以实现对电网频率的实时监测，并将监测到的频率信号传递给控制系统。根据电网频率的变化，变频器需要实现频率跟踪功能。即在电网频率变化时，变频器输出频率也相应地进行调整，以维持恒定的输出转速，保持水泵系统的稳定运行状态。频率跟踪控制还可以配合PID控制算法，根据电网频率变化实施自适应调节。当电网频率下降时，水泵系统需加大输出频率以保持恒定的流量，而当电网频率上升时，则需减小输出频率。频率跟踪控制还需要考虑与电网的互操作性。通过频率跟踪控制，变频调速系统能够在电网的频率波动情况下实现平稳、高效的运行，并协调响应电网的变化，提高功率因数，减少对电网的干扰，达到更好的电能利用效果。这有助于促进供电系统的稳定运行。

3.3多泵并联控制

多泵并联控制是指将多台水泵同时并联运行，以满足更大流量或更高扬程的需求。在大型水泵变频调速系统中，多泵并联控制可以实现各泵之间的协调工作，避免单一水泵长期负载过重而造成设备损耗，提高整个系统的可靠性和稳定性。在多泵并联系统中，需要确保各泵在不同工况下承担的负载相对均衡，避免因单一泵长时间负载过重而影响设备寿命。通过合理的控制策略，实现泵的轮换、切换或按需启停，达到负载平衡。多泵并联系统需要能够根据系统需求实时调整各泵的运行状态，包括启动、停止、转速调节等，以适应不同工况下的流量和扬程需求。在系统运行过程中，需要实现多台水泵的切换控制，确保在单台泵出现故障或需要维护时，其他泵能够迅速接替工作，保证系统的连续稳定运行。多泵并联系统需要具备负荷跟踪功能，即根据实际负载需求自动调节泵的运行状态，保持系统在不同负载情况下的最佳工作效果。多泵并联系统需设定健全的故障监测和联锁保护机制，及时发现泵的异常运行状态，并采取相应的保护措施，防止故障扩大影响整个系统的安全稳定运行。多泵并联控制在大型水泵变频调速系统中具有重要作用，通过合理的协调控制，可以保障系统运行的稳定性和连续性，提高供水、排水系统的可靠性和效率。

结束语

在未来的工程实践中，我们将进一步完善所提出的设计与控制策略，并结合现代化智能技术，如人工智能、大数据分析等，不断优化大型水泵系统的性能。通过不懈地努力和持续的研究探索，我们期待能够为提升大型水泵系统的安全可靠性和能效性做出更加积极的贡献，推动这一领域的发展与进步。

参考文献：

[1]王吉勇，胡剑，廖铭新，等.跨区域大型梯级排水泵站群联合调度方案研究[J].水电能源科学，2021，39（5）：127-130；96.

[2]周岩，江冰，邬智俊，等.提水式泵站农业灌溉用水全智能化计量系统研究[J].测控技术，2020，39（5）：107-111.

[3]任启淼，郑录艳，范小娟.梯级泵站加压供水泵兼作流量调节泵应用研究[J].水泵技术，2020（4）：40-43.

［4］汪升.大型水利泵站机电设备安装与检修研究［J］.电子元器件与信息技术，2020，4（3）：124-125.

［5］熊乃红.浅谈大型水利泵站机电设备安装和检修的技术措施［J］.科技与创新，2017（24）：52-53.