顏浩 宛如意
(深圳市自來(lái)水集團(tuán)有限公司)

　　供水行業(yè)的調(diào)查結(jié)果表明，變頻調(diào)速是一項(xiàng)有效的節(jié)能降耗技術(shù)，其節(jié)電率很高，幾乎能將因設(shè)計(jì)冗余和用量變化而浪費(fèi)的電能全部節(jié)省下來(lái)；又由于其具有調(diào)速精度高、功率因數(shù)高等特點(diǎn)，使用它可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量，并降低物料和設(shè)備的損耗，同時(shí)也能減少機(jī)械磨損和噪音，改善車間勞動(dòng)條件，滿足生產(chǎn)工藝要求。以下是變頻器在供水企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)中的應(yīng)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(yīng)用在水泵上，由于水泵流量隨著外界用水情況不斷變化，揚(yáng)程也因流量和吸水井水位的變化而變化，因此設(shè)備不可能總保持在一個(gè)高效工作點(diǎn)運(yùn)行，需要進(jìn)行控制。為使水泵能夠運(yùn)行在其特性曲線的高效區(qū)，過(guò)去多采用閥門控制與臺(tái)數(shù)控制，效果不能令人滿意。為滿足工藝要求和適應(yīng)運(yùn)行工況的改變，需要水泵調(diào)速使機(jī)組盡可能始終運(yùn)行在高效區(qū)內(nèi)，以達(dá)到節(jié)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(jié)線圖見圖1。

　　此類變頻器采用幾個(gè)功率單元多重化并聯(lián)而成，達(dá)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(fù)載變化的影響，則逆變器的輸入端可以看成是一個(gè)電壓源，這就是電壓變頻器，在深圳市梅林水廠安裝有四臺(tái)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(gè)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(tái)2 500 kW SIEMENS電流型變頻器。?
1.2 完美無(wú)諧波變頻器
　　大功率完美無(wú)諧波變頻器主線圖見圖2。

　　該變頻器由多個(gè)功率單元串聯(lián)而成，由低壓?jiǎn)卧B加達(dá)到高壓輸出的目的，各個(gè)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(gè)相位差，實(shí)現(xiàn)輸入多重化，疊加得到多種不同的電壓等級(jí)，合成正弦輸出電壓波形，由此可以消除各單元產(chǎn)生的諧波。每個(gè)功率單元都是由IGBT構(gòu)成三相輸入、單相輸出的PWM型變頻器，根據(jù)電機(jī)的電壓等級(jí)確定每相串聯(lián)功率單元的數(shù)量。目前上海大場(chǎng)水廠安裝有兩臺(tái)美國(guó)ROBICON公司生產(chǎn)的1 350 kW變頻器。?
　　統(tǒng)計(jì)表明，應(yīng)用大功率變頻調(diào)速節(jié)能效果非常顯著，梅林水廠送水機(jī)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(jī)；而完美無(wú)諧波變頻器更適合于改造項(xiàng)目，無(wú)須更換原有的高壓電機(jī)或另加升壓變壓器。在采用大功率變頻器時(shí)，首先要考慮采用調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能潛力，其次要考慮到諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，選擇合適的容量與臺(tái)數(shù)。?

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(shù)，體積小，安裝容易，維護(hù)方便，操作簡(jiǎn)單。變頻器提供了豐富的頻率控制端子，以便用戶根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的控制方式。通常變頻器都設(shè)有0～10 V或4～20 mA的頻率控制端子以及數(shù)字通訊接口。變頻器的閉環(huán)頻率控制系統(tǒng)主要包括被控對(duì)象、測(cè)量元件、變送器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。調(diào)速電機(jī)所傳動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械控制對(duì)象有溫度、位置、壓力和流量等，變頻器和電機(jī)構(gòu)成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是閉環(huán)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，變頻器接受調(diào)節(jié)器所輸出的信號(hào)，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，維持被控量的設(shè)定值?？刂瓶驁D見圖3
　　中小功率變頻器應(yīng)用十分廣泛。

2.1 空壓機(jī)?
　　空壓機(jī)在供水行業(yè)的應(yīng)用較多，如用于控制濾池恒水位過(guò)濾與反沖洗各氣動(dòng)閥門與閘板、污泥脫水壓濾機(jī)的隔膜擠壓等氣源供給。空壓站采用變頻調(diào)速可以使空壓機(jī)在低于額定壓力又滿足生產(chǎn)要求的任何壓力下運(yùn)行，再輔以壓力閉環(huán)控制，可實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的供氣壓力——轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)匹配，減少電機(jī)的實(shí)際輸入功率，達(dá)到節(jié)能目的，另外還具有供氣壓力穩(wěn)定、配用電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、降低機(jī)械磨損等優(yōu)點(diǎn)。
?2.2 混合池?cái)嚢铏C(jī)
　　在給水處理中，加藥混合工藝對(duì)后續(xù)絮凝沉淀工藝的效能產(chǎn)生極為重要的影響。若以變頻器驅(qū)動(dòng)攪拌裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)和選擇合適的速率，就可以達(dá)到所期望的G值和GT值，得到良好的混凝效果和節(jié)能效果，同時(shí)也降低了機(jī)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(duì)沉淀的效能影響較大，及時(shí)排除積泥是保證沉淀池正常運(yùn)行的必要條件，積泥過(guò)多將導(dǎo)致沉淀池有效深度和容積減小，水力停留時(shí)間縮短，降低沉淀效率，影響出水水質(zhì)。采用機(jī)械吸泥排泥行車排泥可靠性較高，目前基本采用往復(fù)式“M”形4個(gè)行程的排泥方法。這樣控制較復(fù)雜，行車行走距離又長(zhǎng)，機(jī)械磨損較大，常出現(xiàn)行車咬軌甚至脫軌現(xiàn)象。采用變頻調(diào)速改造可以根據(jù)積泥深度調(diào)節(jié)行車的行走速度(遞增或遞減)，一個(gè)行程就可以將泥排盡。積泥深度可以用污泥界面儀測(cè)得或經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，以此作為變頻器的給定輸入、比例調(diào)節(jié)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(jù)原水水質(zhì)與水量的變化及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行調(diào)節(jié)。投加混凝劑計(jì)量泵、投加石灰螺桿泵、加石灰給料機(jī)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(yùn)行，使得投加量的調(diào)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(hào)比例調(diào)節(jié)計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速，用混合水SCD值的反饋量比例積分調(diào)節(jié)計(jì)量泵的沖程，兩者配合組成前饋、反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。石灰的投加控制：用原水流量作為給料機(jī)變頻器的輸入信號(hào)比例調(diào)節(jié)給料量，改變石灰液濃度；用投加點(diǎn)的pH值反饋量作為螺桿泵變頻器的輸入信號(hào)比例積分調(diào)節(jié)石灰液的投加量，改變?cè)畃H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(fù)和繼續(xù)發(fā)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(lái)實(shí)現(xiàn)。反沖洗強(qiáng)度不足會(huì)導(dǎo)致濾池清洗不徹底、堵塞較快、產(chǎn)生泥球等，影響過(guò)濾性能；反沖洗強(qiáng)度太大則會(huì)造成濾料層、承托層翻動(dòng)，膨脹太高，出現(xiàn)跑砂、配水系統(tǒng)故障或漏砂等現(xiàn)象。濾池反沖洗基本上都是公用一套反沖洗設(shè)備，單個(gè)濾池的反沖洗氣水管路有所不同，得到的反沖洗強(qiáng)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(qiáng)度也隨之改變；理論設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用還存在著差別。如果采用變頻器驅(qū)動(dòng)反沖洗的水泵、風(fēng)機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)頻率，單個(gè)濾池得到合適的反沖洗強(qiáng)度，既滿足了工藝要求，又節(jié)約了能源、水量，這在廣州市西洲水廠已經(jīng)試用。?
2.6 橋式吊車?
　　目前使用的橋式吊車大多數(shù)采用繼電器、接觸器控制，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，使用中故障頻繁。如果采用三臺(tái)變頻器分別驅(qū)動(dòng)升降電機(jī)、大車行走電機(jī)、小車行走電機(jī)，在頻繁使用的情況下，這種改造顯得非常優(yōu)越，調(diào)整范圍廣，調(diào)速精度高，啟動(dòng)、加速、減速、制動(dòng)平穩(wěn)，沒(méi)有大電流和機(jī)械沖擊，調(diào)整方便，運(yùn)行可靠，節(jié)約電能。?
　　城市供水企業(yè)是一個(gè)耗能大戶，許多設(shè)備的綜合能耗大大高于先進(jìn)水平；另一方面在制水過(guò)程中存在著自動(dòng)化程度較低的現(xiàn)象，靠操作人員勤跑、勤看、勤調(diào)節(jié)的落后生產(chǎn)管理方法，在水質(zhì)要求越來(lái)越高的情況下越來(lái)越不適應(yīng)。因此，在供水行業(yè)推廣應(yīng)用變頻器對(duì)節(jié)能降耗和提高自動(dòng)化程度有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

　　1 汪光燾?城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃.1993
　　2 宛如意?大功率水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)分析.城鎮(zhèn)供水，1997；(4)

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　　(收稿日期 1999-01-10)