顏浩 宛如意
(深圳市自來水集團有限公司)

　　供水行業的調查結果表明，變頻調速是一項有效的節能降耗技術，其節電率很高，幾乎能將因設計冗余和用量變化而浪費的電能全部節省下來；又由于其具有調速精度高、功率因數高等特點，使用它可以提高產品質量、產量，并降低物料和設備的損耗，同時也能減少機械磨損和噪音，改善車間勞動條件，滿足生產工藝要求。以下是變頻器在供水企業生產過程各個環節中的應用情況。

1 大功率變頻器

　　在城市供水中，大功率變頻器主要應用在水泵上，由于水泵流量隨著外界用水情況不斷變化，揚程也因流量和吸水井水位的變化而變化，因此設備不可能總保持在一個高效工作點運行，需要進行控制。為使水泵能夠運行在其特性曲線的高效區，過去多采用閥門控制與臺數控制，效果不能令人滿意。為滿足工藝要求和適應運行工況的改變，需要水泵調速使機組盡可能始終運行在高效區內，以達到節約電能的目的。下面是幾種常見的大功率變頻器。?
1.1 大功率交—直—交電壓型、電流型變頻器
　　大功率交—直—交電壓型變頻器主結線圖見圖1。

　　此類變頻器采用幾個功率單元多重化并聯而成，達到低諧波、大電流的輸出目的。若中間耦合電路電容較大，使逆變輸入端直流電壓保持恒定，不受負載變化的影響，則逆變器的輸入端可以看成是一個電壓源，這就是電壓變頻器，在深圳市梅林水廠安裝有四臺1 000 kW SIEMENS電壓型變頻器。若中間耦合電路電感較大，則逆變器輸入端就可以看成是一個電流源，這就是電流型變頻器，在北京市第九水廠安裝有四臺2 500 kW SIEMENS電流型變頻器。?
1.2 完美無諧波變頻器
　　大功率完美無諧波變頻器主線圖見圖2。

　　該變頻器由多個功率單元串聯而成，由低壓單元疊加達到高壓輸出的目的，各個功率單元由輸入隔離變壓器的二次隔離線圈分別供電，二次線圈互相存在一個相位差，實現輸入多重化，疊加得到多種不同的電壓等級，合成正弦輸出電壓波形，由此可以消除各單元產生的諧波。每個功率單元都是由IGBT構成三相輸入、單相輸出的PWM型變頻器，根據電機的電壓等級確定每相串聯功率單元的數量。目前上海大場水廠安裝有兩臺美國ROBICON公司生產的1 350 kW變頻器。?
　　統計表明，應用大功率變頻調速節能效果非常顯著，梅林水廠送水機組的單位配水電耗始終保持在0.35 kW·h/(m³·MPa)左右。交—直—交電壓型、電流型變頻器多用于新建水廠，采用高—低形式，直接選用中、低壓電機；而完美無諧波變頻器更適合于改造項目，無須更換原有的高壓電機或另加升壓變壓器。在采用大功率變頻器時，首先要考慮采用調速系統的節能潛力，其次要考慮到諧波對電網的影響，選擇合適的容量與臺數。?

2 中小功率變頻器?

　　中小功率變頻器大多采用了高密度集成電路和高效率冷卻技術，體積小，安裝容易，維護方便，操作簡單。變頻器提供了豐富的頻率控制端子，以便用戶根據實際情況選擇合適的控制方式。通常變頻器都設有0～10 V或4～20 mA的頻率控制端子以及數字通訊接口。變頻器的閉環頻率控制系統主要包括被控對象、測量元件、變送器、調節器和執行機構。調速電機所傳動的生產機械控制對象有溫度、位置、壓力和流量等，變頻器和電機構成的傳動機構是閉環系統中的執行機構，變頻器接受調節器所輸出的信號，調節電機轉速，維持被控量的設定值。控制框圖見圖3
　　中小功率變頻器應用十分廣泛。

2.1 空壓機?
　　空壓機在供水行業的應用較多，如用于控制濾池恒水位過濾與反沖洗各氣動閥門與閘板、污泥脫水壓濾機的隔膜擠壓等氣源供給。空壓站采用變頻調速可以使空壓機在低于額定壓力又滿足生產要求的任何壓力下運行，再輔以壓力閉環控制，可實現空壓機的供氣壓力——轉速的動態匹配，減少電機的實際輸入功率，達到節能目的，另外還具有供氣壓力穩定、配用電機實現軟啟動、降低機械磨損等優點。
?2.2 混合池攪拌機
　　在給水處理中，加藥混合工藝對后續絮凝沉淀工藝的效能產生極為重要的影響。若以變頻器驅動攪拌裝置，通過調節和選擇合適的速率，就可以達到所期望的G值和GT值，得到良好的混凝效果和節能效果，同時也降低了機械磨損。變速攪拌裝置在歐美、日本早有使用，在梅林水廠也已采用。?
2.3 排泥行車?
　　平流沉淀池的排泥對沉淀的效能影響較大，及時排除積泥是保證沉淀池正常運行的必要條件，積泥過多將導致沉淀池有效深度和容積減小，水力停留時間縮短，降低沉淀效率，影響出水水質。采用機械吸泥排泥行車排泥可靠性較高，目前基本采用往復式“M”形4個行程的排泥方法。這樣控制較復雜，行車行走距離又長，機械磨損較大，常出現行車咬軌甚至脫軌現象。采用變頻調速改造可以根據積泥深度調節行車的行走速度(遞增或遞減)，一個行程就可以將泥排盡。積泥深度可以用污泥界面儀測得或經驗估計，以此作為變頻器的給定輸入、比例調節變頻器的輸出頻率。?
2.4 藥劑投加
　　混凝劑、石灰的投加，需要根據原水水質與水量的變化及時準確地進行調節。投加混凝劑計量泵、投加石灰螺桿泵、加石灰給料機等利用變頻器輸出頻率范圍寬(0～200 Hz)的性能，可高于工頻運行，使得投加量的調整范圍變寬，滿足工藝要求，降低藥耗。其中混凝劑的投加控制：以原水流量作為變頻器的輸入信號比例調節計量泵的轉速，用混合水SCD值的反饋量比例積分調節計量泵的沖程，兩者配合組成前饋、反饋調節系統。石灰的投加控制：用原水流量作為給料機變頻器的輸入信號比例調節給料量，改變石灰液濃度；用投加點的pH值反饋量作為螺桿泵變頻器的輸入信號比例積分調節石灰液的投加量，改變原水pH值，這在梅林水廠使用效果良好。?
2.5 濾池反沖洗?
　　濾池反沖洗是恢復和繼續發揮濾池功能十分重要的手段，濾池的效率要依靠有效的清洗來實現。反沖洗強度不足會導致濾池清洗不徹底、堵塞較快、產生泥球等，影響過濾性能；反沖洗強度太大則會造成濾料層、承托層翻動，膨脹太高，出現跑砂、配水系統故障或漏砂等現象。濾池反沖洗基本上都是公用一套反沖洗設備，單個濾池的反沖洗氣水管路有所不同，得到的反沖洗強度也大不一樣；另外隨著水溫的變化，水的粘滯性變化較大，反沖洗強度也隨之改變；理論設計與實際應用還存在著差別。如果采用變頻器驅動反沖洗的水泵、風機，通過調節頻率，單個濾池得到合適的反沖洗強度，既滿足了工藝要求，又節約了能源、水量，這在廣州市西洲水廠已經試用。?
2.6 橋式吊車?
　　目前使用的橋式吊車大多數采用繼電器、接觸器控制，轉子串電阻調速，使用中故障頻繁。如果采用三臺變頻器分別驅動升降電機、大車行走電機、小車行走電機，在頻繁使用的情況下，這種改造顯得非常優越，調整范圍廣，調速精度高，啟動、加速、減速、制動平穩，沒有大電流和機械沖擊，調整方便，運行可靠，節約電能。?
　　城市供水企業是一個耗能大戶，許多設備的綜合能耗大大高于先進水平；另一方面在制水過程中存在著自動化程度較低的現象，靠操作人員勤跑、勤看、勤調節的落后生產管理方法，在水質要求越來越高的情況下越來越不適應。因此，在供水行業推廣應用變頻器對節能降耗和提高自動化程度有著重要的意義。

參考文獻

　　1 汪光燾?城市供水行業2000年技術進步發展規劃.1993
　　2 宛如意?大功率水泵變頻調速系統應用技術分析.城鎮供水，1997；(4)

---

　　作者通訊處：518034 深圳市自來水(集團)有限公司梅林水廠
　　電　　話：(0755)3931256?
　　E-mail:ruyi@public.szonline.net
　　(收稿日期 1999-01-10)