试论变电站电气施工与土建施工的配合

2016-05-16葛君明

中国高新技术企业 2016年15期

葛君明

摘要：变电站电气施工过程主要是对电气的安装，在此过程中要与土建施工进行紧密的配合，只有保证变电站电气施工与土建施工的配合，才能够保证工程施工的有效进行。在变电站电气施工与土建施工配合的过程中需要高技术与高经验的基础支撑，保证二者的配合能够提高整个施工安装工程的质量。

关键词：变电站；电气施工；土建施工；工程施工；施工建设文献标识码：A

中图分类号：TU198 文章编号：1009-2374（2016）15-0104-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.15.049

1 恒压供水的背景和意义

随着中国城市化的不断深入，为满足人们的住房需求，越来越多的建筑都进行了重新改造，取而代之的是大量的高层建筑。高层建筑具有改善居住环境，提高土地利用率的优点，能够大大缓解住房的供需要求，但同时，随着楼层的增加，高层建筑也存在着一个比较常见的问题，那就是供水问题。用户多、用水时段集中、用水量大有时会使得供水系统过负荷运行，出现水压不够的情况，影响居民的日常用水。此外，如果住宅小区内的供水压力不足或者无水，一旦发生诸如火灾等特殊情况，就不能及时地灭火，从而可能会造成人员伤亡，带来经济上的巨大损失。所以，为保证居民在日常生活中的正常用水，我们需要提供一个有效的供水方案。在进行方案设计之前，我们需要对我国现有的供水情况进行简单了解。

我国在高层建筑供水、市政供水等供水方面较多使用的是频繁启/停电动机控制方式和水塔二次供水方式。分析这两种控制方式，频繁启/停电动机控制方式在控制过程中需要消耗大量的电力，启/停过程对电网中其他负载会产生影响，同时，反复的启停所带来的电流冲击会对设备的使用寿命产生影响。而采用水塔二次供水的方式则需要较大的设备空间和资金投入。总体来讲，这两种供水方式在技术上相对落后，在实际操作过程中易造成水资源、电力资源的浪费，可靠性不高，不能够满足用户的正常用水需求，且操作过程较繁琐，自动化程度比较低。在用户用水方面，日常用水过程中，生活用水量的变化一般会呈现出季节性变化、昼夜性变化、时间性变化等特点，所以经常会出现用水和供水之间的不平衡情况，主要体现是在水压高低的变化上，当用水量比较多而供水量较少的时候，水压会比较低，反之，供水量比较多而用水量比较少的时候，水压比较高。当供水管网压力比较小的时候，如果是高层建筑，由于水压较低，高层的住户往往不能够正常的用水。通常我们的解决方案是在楼顶加装水箱蓄水，采用加装水箱的方式，在楼顶设置蓄水池，利用水泵将水送到水箱，再通过水箱给用户供水，这种方式在一定程度上可以缓解特殊时段用水量不足的情况，但是这样在供水的过程中就会出现能源浪费的情况，还可能对水质造成污染，给居民身体健康带来影响。总结传统供水系统的诟病，我们需要一种更为先进合理的供水方式。

目前，供水方式朝着自动、可靠、高效、节能的方向发展。在供水系统中，我们采用恒压供水的方式进行供水。恒压供水的方式有许多传统供水方式没有的优点，例如：恒压供水方式具有供水压力稳定、高效节能、供水运行可靠、操作方式简单、设备占地面积小、运行噪音小、成本低、回报大等优点。其应用非常广泛，例如：（1）自动化农业灌溉；（2）中央空调冷却水供应系统；（3）高层建筑消防给水系统和热水采暖系统；（4）恒压供气控制系统。

2 恒压供水系统的组成和发展

在系统机构组成上，恒压供水系统主要包括如下部分：可编程逻辑控制器（PLC）、变频器、PID调节器构成等控制单元、执行单元组、水泵、压力传感器。通过变频器、PID调节器和可编程控制器（PLC）对泵组进行控制，根据压力传感器所反馈的信号完成供水压力的闭环调节。同时，根据用水量的实际需求自动调节供水泵组的数量和供水泵组的运行转速，实现对用水量的自动补偿，保证供水管网压力值恒定，满足用户正常的用水需求。

在整个恒压供水的过程中，变频器起着不可缺少的角色。水的供给和管网压力的提升主要靠泵组电机提供动力，而泵组电机反复的启动和停止，就会产生电气和机械的冲击，而电气和机械冲击会对供水设备的使用寿命和稳定性造成影响。在泵组电机的启动过程中引入变频器控制技术，会很好地解决泵组电机在启停过程中所出现的电气、机械冲击问题，变频器的加入使得泵组电机运行更加稳定、可靠，也消除了频繁的启动情况，这种启动方式被称之为软启动。此外，变频器的加入使得整个供水系统的控制器规模减小，节约了大量的能源，保证了供水的安全性，同时使得供水过程更加稳定、可靠，提高了经济效益和社会效益。

将变频器利用在恒压供水领域是变频调速技术不断发展成熟之后的结果。而变频器在使用初期，其主要功能是进行频率的调节、升降速的调节控制、电动机正反转的调节控制、变压变频等方面的控制以及实现一些保护的功能。最开始将变频器使用在恒压供水系统中也只是将变频器用作执行机构，以保证不同水量情况下管网压力值的恒定，而这些功能的实现除了变频器还需要一些额外的压力传感器和压力控制器，与之共同组成闭环控制系统。后来随着变频器技术的不断发展与进步，变频器在恒压供水方面的优点越来越多地被人们所认识。国外很多电气厂家开始推出自己的具有恒压供水功能的变频器，例如施耐德公司利用PID调节器、变频器和可编程逻辑控制器（PLC）组成了新的变频控制系统，通过指令代码的设置实现了电控系统的功能，这套系统可以同时控制多台泵组电机的运行。虽然这套设备精简了电路结构，降低了设备成本，但在系统稳定性上、兼容性上仍然存在不足，难以大范围的推广。

而目前，受变频器技术所限，我国的变频器恒压供水系统多是采用国外变频器进行泵组电机转速的控制、管网压力的调节及多台水泵的控制，程序方面有的利用可编程控制器（PLC）实现，有的则是利用单片机实现。虽然在供水系统组成上与国外技术相近，但是就系统动态性能、抗干扰性、开放性和稳定性等综合技术指标而言，并没有达到用户的实际要求，所以恒压供水控制技术仍需要不断的去完善。

3 恒压供水系统的实现和应用

恒压供水系统由多台水泵电机组成，运行方式为变频循环运行方式。工作方式上通过利用变频器实现对泵组电动机的软启动和变频调速，运行顺序上遵循“先启先停”的原则。当预先设置好的压力传感器检测当前管网的状态存在水压信号后，将采集到的水压信号送入PLC与预设值比较后进行PID运算，然后利用运算后的结果控制变频器的输出电压和频率，进而改变泵组电机的转速，最终通过改变供水量的大小，使管网压力值稳定在预设值附近。

利用变频器进行调节以后，在泵组电机的启动过程中，电动机的启动电流由零逐渐增至额定值，实现了泵组电机的软启动。因为启动环节时间增加，对于电网的冲击相应减小，从而减轻了启动过程中机械转矩对于泵组电机产生的机械损伤，延长了泵组电机的使用寿命。这种调控方法的主要目的是稳定管网水压，所有的优化方案都是为了将网管的母管进口压力保持为恒定值。在实际操作中，是允许网管出口压力在一定的范围内变化。这种调节方式使得优化的范围缩小，使得局部状态可以调整为最优，但是不能完全保证供水的泵站始终工作在最佳状态。

对于使用范围来讲，以变频技术为基础的变频恒压供水系统在实际的供水过程中，按照使用的范围基本可以分为以下两种情况：

3.1 面向小区的变频恒压供水系统

这里主要还包括面向高层建筑、工厂、各个小区、加压泵站等的供水系统。其特点为通过变频控制的泵组电机功率相对较小，通常在135kW以下，控制系统相对简单。由于其拥有较大的用户基础，所以在我国恒压供水系统的研究和推广中占有较重的比例。

3.2 面向中小规模供水厂的变频恒压供水系统

在中小规模供水厂和大中城市辅助供水厂中，往往会使用变频恒压供水方式。这种场合所使用的泵组电机规模一般在135～320kW，所使用的电网电压一般为220V/380V。其优点为可以满足较小的规模，不需要太高的经济条件要求，变频器无特殊要求，一般采用国内自己生产的通用变频恒压供水变频器。

4 结语

以变频器为主要组成部分的变频恒压供水系统在完成恒压供水功能之外还集成了现代控制、远程监控技术、电气技术和避雷技术，具有抗干扰能力强、可靠性高、功能实现简单、易维修、资金投入较少等优点，能够在保证供水系统稳定性和提高供水系统可靠性的前提下尽可能地减少资源的消耗，这点在提倡节能环保的今天尤为重要，所以变频恒压供水系统的设计研究对于提高人民生活用水质量、提高企业效率、降低能源消耗等方面有着重要的意义。

参考文献

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