孙 锐，覃盈斯，李承刚
（海南红塔卷烟有限责任公司，海南海口 571137）
恒压供水技术在水利系统和水厂中得到广泛应用，在恒压供水系统运行过程中，管网压力会随着负荷的变化而变化，这种变化控制着水泵运转供水。恒压供水系统中水泵会配备水泵变频器，来保证供水系统正常平稳的运行，供水系统的故障频次直接到影响下游用水单位的正常运转。
当前市场上大部分恒压供水设备采用的是气压式供水，整个供水系统利用密封罐体、罐内高压气水压力达到供水目的。变频恒压供水系统工作顺序是，由水泵将水通过逆止阀压入罐体，使罐内气体受到压缩，压力逐渐增大，当压力达到指定上限时电接点压力表通过控制柜使泵机自动停止；
系统设备中的水压高于外界管网压力时，自动送水至供水管网；
当罐体内水位下降，罐内气体膨胀压力减小到指定的下限位置时，电接点压力表通过控制柜使水泵重新启动；
罐内气体不足时，补气阀可以自动进行补气。按照上述流程如此反复，使恒压供水设备供水不停（图1）。
图1 恒压供水系统
与传统供水技术相比计，配备变频器的恒压供水系统能够24 h 维持恒定压力，保障供水系统的稳定性和安全性。不过，任何设备在工作运行过程中会或多或少产生故障。恒压供水系统的故障会影响人们日常生活质量：①系统故障会对联合工房工艺用水、锅炉用水、循坏水系统补水、冷却塔的用水稳定造成长期影响；
②系统频繁故障会对供水设备及管路造成损害影响正常的供水运行；
③给企业造成一定的经济损失，影响供水企业的效益。对于用水者而言，用水体验满意度下降，直接影响社会经济的发展。因此，处理恒压供水系统故障，降低设备故障频次具有一定的现实意义。
（1）节能省水。变频恒压供水系统最显著的特点就是节约电能，从水泵的节能效果来看，流量越小节能效果越明显。
（2）稳定供水。用水流量具有不稳定性，可以在大范围内连续变化，处理供水系统的故障可以确保用水者的用水压力维持在稳定水平，避免出现用水高峰不能正常用水的情况。
（3）用水安全。及时进行供水系统故障处理，可以最大限度保障用水质量。
（4）延长供水设备使用寿命。恒压供水系统需要定期进行故障排查，使水泵改变长期维持额定转速运行状态，可以减少供水设备磨损、降低故障率，从而延长设备的使用寿命。
（5）维持稳定发展。供水系统的稳定运行影响着人们生活、企业效益和社会发展的方方面面，只有积极处理故障、努力控制供水系统的故障发生频次，才能效益最大化、保证生产质量[1]。
2.1 供水系统常见故障及原因
恒压供水系统设备、管道众多，包括气压罐、水泵等设备以及供电电路及其控制电路等供电开关设备，压力检测系统等，其常见故障有如下7 个。
（1）水压参数设定不当。正常供水系统工作水压按照《建筑给水排水标准》和《工厂给水排水设计标准》规定的标准进行调试：0.40 MPa＜水压＜0.65 MPa。为确定恒压供水系统的故障是否为水压参数设定不当，可以通过软件进行观测。
（2）水管堵塞。恒压供水系统管路堵塞，会导致水路循环不通畅，影响用水。可以通过软件进行观测，确认流速是否稳定，若检测结果无异常才能排除其是供水系统故障的原因。
（3）管道破损。管道破损会造成水管漏水，严重时在供水过程中造成水管断裂、水压波动。可以通过现场对恒压供水系统管道及其供水流量进行考察确认，如果主供水流量正常、供水管道完好，则无供水系统滴漏破损情况。
（4）阀门损坏。目前常用于生活供水及工业给水系统中的阀门是给排水阀门，一旦阀门出现不严密、损坏、开度不合理等，就会造成供水系统水压波动不稳定的现象。可以现场对恒压供水系统各个阀门进行操作试验，确认供水管道阀门是否正常、完好。
（5）仪表误差。恒压供水系统仪表如果误差过大，将错误信息传回控制系统，会造成控制系统误判，使系统过早或过晚开启水泵，从而造成供水系统压力波动。可以通过检查压力表、仪表是否具有检测合格记录等方式判断仪表有无损坏状况、是否存在误差，一般情况下每半年进行1 次仪表检测。
（6）系统电压不稳。系统电压不稳定不仅会造成水泵供水能力的下降，还会造成系统水压波动。可以通过现场试验进行多时段检测，检查稳压电源、开关电源设备运行是否完好。
（7）水泵启动方式不合理。通过对机组现场测试、测量，确认水泵启动方式是否符合系统运行情况。当水泵处于打开状态时，动作的继电器启动方式由全工频启动取代变频器控制启动，导致此时全压供水加大了供水压力。当多水泵控制时，原水泵由变频切换成工频控制，其他水泵由全工频启动再经过变频控制，造成水压异常波动。由系统底层程序、变频器控制面板及其接触器控制反应状态等多方面因素可知，恒压供水系统水压波动大最主要的原因是水泵启动方式不合理[2]。
2.2 针对故障要因制定对策
通过分析，可以确认造成恒压供水系统波动大、出现故障的末端因素是水泵启动方式不合理，针对这一要因可以考虑通过以下3 个方案进行解决。
（1）缩短新加水泵的PID 控制的延时时间。工程实际中，应用最为广泛调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID 调节。其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制主要技术之一。通过这种技术调节新加水泵的延时时间，优点是其对恒压供水系统检测控制的反应更加迅速、可以改变电气PLC 控制等，缺点是PID 控制技术难度较大，无法保证其更改后的供水效果。
（2）添加变频器控制。变频器可以通过改变电路中的电流频率实现对设备的控制。在水利系统中，常用变频器对水泵进行控制，现代的变频器都有可编程的输出触点，例如使其在变频器的频率大于设定值时闭合，此信号相当于电接点压力表的压力过高信号，然后将信号传递给PLC，控制一台工频运行的水泵。当用水流量减少，变频泵的转速下降到水泵不出水的临界值时，变频器的另一个可编程输出触点闭合，此信号相当于电接点压力表的压力过低信号，可以将信号传递给PLC，控制一台工频运行的水泵自动退出。这种方法的优点是可以直接有效提高恒压供水系统的水压稳定性、施工时间短，缺点是变频器投资成本较高，多个变频器的高次谐波高，影响电源和电机寿命。
（3）添加软起动控制器。为了实现增加供水系统升压降压的时间，以达到缓和升降压的目标，可以在恒压供水系统中添加软启动控制器，具体措施是选择软启动器装置、现场加装软启动器装置，在不改变设备软件的情况下，减少恒压供水系统的水压波动。这种方式是通过改变恒压供水系统的电气原理，让控制系统实现平滑启动，在一定程度上降低启动电流，避免过流启动从而造成水压波动。添加软启动控制器降低恒压供水系统故障频次的优点是：①具有有效性，恒压供水系统更改能够对水压控制更加精确，降低水压波动，有效性强；
②具有可实施性，需要对原设备做进行部分改动，有一定技术难度，但是相对于其他方案，实施性更强；
③具有可靠性，如果由车间专门的技术人员进行整改加装，可靠性可以大大提高；
④具有经济性，添加软启动控制器投入费用不大，可有效降低供水系统的水压波动，提高生产效率。这一方法的缺点是，施工电路更加复杂、可靠性降低，同时提高了供水系统的维修难度。
2.3 实施系统故障处理对策
根据恒压供水系统的常见故障，水泵启动方式不合理这一要因，在上述方案中选择一个最合适的来实施以处理故障。对上述方案的有效性、实施性、经济性、可靠性和时间性进行综合评分、可行性进行分析，缩短新加水泵的PID 控制的延时时间技术难大且成本高，添加变频器控制技术容易但是成本高，添加软启动控制器技术容易且相对经济。因此，最终选择添加软启动控制器的方案。
软启动器是目前市场上一种新型的电机启动设备，与传统启动设备相比，它可以有效降低电力对电网的冲击，延长设备使用寿命且不需要加装额外的保护元件，使供水系统控制设备简洁化、方便化。通常情况下，软启动装置的起动方式有斜坡恒流软启动、斜坡升压软启动、突跳加电压斜坡启动（图2～图4）[3]。
图2 斜坡恒流启动
图3 斜坡升压启动
图4 突跳加电压斜波启动
该改进措施的具体操作流程为：根据恒压供水系统提供的水泵技术参数，购买相应的型号的软启动装置→软启动器需要按照修改后的设计图纸进行接线，协助技术人员现场安装软启动装置→连通软启动后，调整数据参数，设定软启动方式。
2.4 系统故障处理效果检查
除了要严格执行实际解决措施，还应关注措施的实际效果。在增加软启动装置一段时间之后，应观察故障是否完全解决、故障发生频次是否降低，确认供水系统的供水能力是否增强。如果在恒压供水系统中添加软启动控制器对故障解决起到积极作用，可以进行经验总结，分析成功技术经验，整理、记录并保存，为恒压供水系统管理提供参考。
综上所述，为了降低恒压供水系统故障频次、解决用水问题，首先应了解恒压供水系统的运行原理，详细分析故障原因并制定针对性处理方法，然后实施对策，最后进行处理效果检查，巩固、完善恒压供水系统故障的处理对策。
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