自控变频节能节水灌溉系统的研究

作者：朱岳明 闻建忠 诸国芳

摘要:本文以压力传感技术、变频调速技术、可编程控制技术为基础，结合近年来泵站建设和低压管道灌溉的经验，将“液位自动控制节水灌溉系统”改进为“自控变频节能节水灌溉系统”，有效提高了现代灌溉系统中水量流量的自动控制技术，为田间管理提供了强有力的技术支撑。 关键词:自动变频;节能节水;灌溉系统;研究 目前全球淡水资源日趋紧张，在我国有很多地方农田和生活用水紧张的情况相当严重，有的已出现断水现象，因此节水问题已成为全社会共同关注的严重问题。 早在1997年，在桐乡市政府支持下，经市水利勘测设计所设计并在河山含村示范区等地建成低压地下管道灌溉试点工程，由于田间用水量变化大，为了解决水量流量的实时调控，泵站的出水池新建了高大的蓄水池，蓄水池内安装了液位控制器，串接于电机控制柜的控制回路中，初步解决了用水量、出水量的实时调控。“液位自动控制节水灌溉系统”于1998年获浙江省水利厅科技进步三等奖，2004年获浙江省水利厅优秀工程设计奖。2005年秋，桐乡市水利局在石门镇民丰村明渠灌溉的庙桥浜泵站试用手动变频调速控制水泵运行，取得较好地效果，受到当地群众的高度赞誉。 一、“自控变频节能节水灌溉系统”的总体设计 一是引入变频调速技术、压力传感技术、可编程控制技术于农田灌溉。由变频器、压力变送器、压力显示器、可编程控制器、可编程时控器、相序保护器和空气开关、断路器、交流接触器、时间继电器、热继电器、按钮、指示灯、仪表等电器集成(均为国产)的智能型自动控制柜“自控变频节能控制柜”，作为“自控变频节能节水灌溉系统”的指挥中心，能根据田间用水量的变化，自动变频调速调节水泵出水量，自动进行工频变频切换和单泵双泵切换，自动按设定时间开机停机。在泵站建设中，针对平原水网地区泵站规模较小的特点，采用了涵洞式引水道、竖井式水泵室，使引水道和水泵井四周的土压力相互平衡，比传统的开敞式引水道有限地节省了工程量，减少了土方开挖和回填土，方便了施工。 二是将“液位自动控制节水灌溉”中的高蓄水池，改为较小的地下压力水池，建在泵房地面之下。既节省了工程量，又减少了耕地占用。水池壁上预埋安装压力变送器和水位观察管的镀锌钢管，水池边上设置调压溢流管。选用专门为本地区低压管道灌溉研制且不需要加引水、适于自动开机的HDB系列导叶式混流泵。用UPVC双壁波纹管作为地下管道，用钢筋混凝土预制接头，施工方便，漏水少，管壁糙率小。干管和部份支管的进口处安装蝶阀控制，部份渠尾设置调压管。用专利产品、工程塑料制造的FN-150(100)农田灌溉节水阀作为田间放水阀，使用寿命长，不需维修，可做到滴水不漏。一只放水阀控制面积约5亩左右。 二、关键设备“自控变频节能控制柜”的原理和工作过程 田间用水量的信息，通过管网压力的变化，传递到压力水池中，压力水池中安装的压力变送器，把压力信号变成电模拟量，输入变频器控制回路，变频器根据输入的模拟量，自动将连接水泵电机的主回路的交流电频率变化，使管网压力不断向设定的“控制压力”接近，达到恒压供水。从而使水泵根据田间用水量自动调节供水量，达到节水节能目的。一个泵站安装两台水泵，为了节省投资，采用一台变频器控制两台电机，由于田间用水量的变化涉及到单泵供水或双泵供水，需单泵双泵切换和工频变频切换，用可编程控制器设定条件进行控制，还要设置“最高压力”、“最低压力”等参数。 控制柜的电路，有变频器-电机主回路和控制回路两大部份，控制回路有压力变送显示电路、可编程控制器外接电路、可编程时控器外接电路、变频器外接电路、交流接触器互锁电路、手动控制电路、电机工况显示电路、直流电源外接电路等，另外还设置了相序保护器、热继电器等。