消防水系统节能及变频技术的研究与应用

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1、工艺与设备■卸目蓑崧2013年2月【文章编号】1673-0038(2013)04一0114—03防水系统节能及变频技术的研究与应用张德胜(云南鼎仁消防检测评价有限公司)摘要：我国传统的消防水系统在运行过程中出现了一系列问题。如：产生水锤现象。为了使传统消防水系统可以安全可靠的运行，保证消防设施可以达到理想的消防效果，我国对传统的消防水系统进行了改进。本文结合以具体事例简要探讨了基于DCS集中控制的消防水系统节能安全变频技术的改造。本文工程利用该方案对传统的消防水系统进行了改造。改造后发现，消防水系统不仅可以安全可靠的运，也提高了系统的自动化程度，在最

2、大程度上实现了消防水系统的优化。关键词：消防水系统；变频技术；DCS；优化1消防水系统概况该公司的消防水系统有以下设备组成：功率为110kW、电压为380V的消防水泵2台，功率为4kw、电压为380V的稳压泵2台，稳压缸一个，遍及整个公司的消防用管道和门阀。消防水泵有2台可以使水系统有足够的电力保证。消防水系统高程最大可达46m。消防水系统的启动控制方式主要有：由接入消防水泵出口母管的压力取压元件(压力开关)进行控制，具体控制详情见表1，火警报警进行联动控制。表1消防水系统的启动控制情况表控制动作结果系统压力(MPD启动2号消防泵0．20启动1号消防

3、泵0．35停止2号稳压泵0．70启动2号稳压泵0．50停止1号稳压泵0．80启动1号稳压泵O．60从表1我们可以看出：若是系统用水量较少，启动1台稳压泵就足以维持系统的压力。当用水量增加时可以将另一台稳压泵也开启以保证系统的压力。当发生火灾时，系统的压力会降低，稳压泵将难以继续维持系统的压力。此时，需要启动一台防水泵进行供水，有时也会开启2台消防水泵进行供水。为了保证在扑灭火灾过程中消防水泵可以安全可靠的运行，消防水泵并没有自动停止功能。系统缺陷：传统使用的水系统没有自动调压功能，导致在灭火结束后管道一直处于高压状态，造成阀门泄露问题严重，极大地损害

4、了设备性能；当系统压力较大时，极易出现‘‘水锤’觋象。消防系统未引进集中控制系统DCS，造成消防水泵的使用、停止有较大的随意性。2消防水泵变频改造2．1消防水变频系统工作原理·114．为了解决水锤的问题，该系统引进了具有转矩控制的固态软起动器。系统可以使用变频器来改变电机的频率，从而调节转速，达到控制管道压力的目的。从而可以保证系统的压力保持恒定。这种变频技术不仅操作简单、节能、性能可靠的优点还具有启动较为平缓的优点。因此，消防水系统最佳模式为恒压变频系统。恒压变频(水通过)系统的工作原理：利用压力变送器测得管网的压力值，并将该值和压力设计值进行比较

5、，得到二者之间的偏差。然后利用PID调节器计算出变频器需要作用于异步电动机的频率值，根据该值确定变频器输出交流电的频率和幅值。变频器输出的交流电可以使电动机按照一定的转速运行。此时，消防水泵则输出对应的消防水至储水罐，使得管道的压力发生变化，直至管网的压力达到设计值要求为止。2．2消防水系统变频技术实施方案(1)此次充分考虑到了电磁对消防水系统的干扰。因为，在工作中的变频器会不断的变频和整流，这样就会在线路周围产生电磁干扰。这些电磁干扰在一定程度上影响了附近仪器和仪表的正常使用。因而，改造时决定仪表和电子系统的柜子都使用金属材质的，这样可以屏蔽变频器

6、对仪表产生电磁的干扰。所有的元件均需做接地处理。若是电源电缆和控制电缆不可避免出现交叉问题，则尽量使它们呈900交叉。系统中所有仪器、仪表和电器元件之间的连线的电缆线都需使用屏蔽控制电缆，且对屏蔽层做接地处理。与此同时，尽量避免出现电机电缆和其他电缆同方向长距离走线的问题，这样就可以在很大程度上降低因变频器输出电压快速变化导致出现大量的电磁干扰。电机电缆要做到独立于其他缆线或是和它们保持最小为500ram的距离。动力电缆需用屏蔽的三芯电缆。变频器有关的模拟信号线选用屏蔽双绞线。肖，吖I2013年2月■阿目蒜揸工艺与设备(2)在设置参数时，需要充分考虑

7、以下几个问题：①设置压力给定值。综合考虑整个消防管网设备的耐压性能和消防高程为46m，最终决定压力值设定为0．8MPa。②加速时间的设置。为了保证火灾发生后整个消防系统可以快速、准确的提供消防用水以及消防水系统和消防官兵的安全，决定将加速时间调整为15s。③频率的设定。电机的高速运转会影响轴承的使用时间，考虑到轴承的使用寿命，工作频率最大不应高于50Hz。消防电机自身构造决定了其不可以长期在低频条件下进行运转。因此，电机工作频率最小不得小于20Hz。④过程PI控制参数设定。考虑到火灾发生后对各个消防栓消防用水的需求量，决定增益值设为0．8，积分时间设

8、置为15s。(3)由于消防水泵在负载状态下转动惯量较大。因此，电机一启动很容易导致变频器出现过流保护动作。为