1 引言
2000年在北京市政中水利用建設(shè)中，原北京市自來水公司第六水廠從供應(yīng)北京市東南郊地區(qū)化工廠的工業(yè)用水廠改造為再生水廠，成為北京市中水系統(tǒng)供水的一部分。在改造第六水廠時(shí)，我們與北京市科委合作選用了北京市某公司生產(chǎn)的無電網(wǎng)污染高壓大功率變頻設(shè)備，該設(shè)備使用在水泵機(jī)組上。
第六水廠的供水管網(wǎng)與北京市的自來水生活生產(chǎn)用水不是同一管網(wǎng)，它是北京市獨(dú)立的工業(yè)用水管網(wǎng)，且這個(gè)供水管網(wǎng)只有一個(gè)供水廠（即第六水廠），因此在使用變頻調(diào)速水泵機(jī)組方面，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即使用后節(jié)能效果明顯，且計(jì)算節(jié)能效果比較實(shí)際，影響因素少。

2 再生水處理工藝介紹
如圖1所示。

圖1 再生水處理工藝流程
 

再生水用戶：工業(yè)用水；園林綠化用水；環(huán)衛(wèi)（沖洗馬路）用水；河道補(bǔ)水；沖洗車行業(yè)用水。

3 變頻設(shè)備工作原理
3.1 裝置組成
如圖2所示。

圖2 變頻設(shè)備裝置組成示意圖

b：移相式變壓器柜
變壓器原邊：三相、6kv、星形連接；
副邊：三相、每相6組
d：整流變頻柜
整流變頻器:三相、6kv、50hz;
輸出容量：390kva；
額定輸出電壓：6kv；
輸出頻率調(diào)節(jié)范圍:0～50hz;
輸出端波形畸變率：<5%；
輸出端功率因數(shù)：>0.95。
3.2 三相系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)圖(圖3所示)
工作原理：系統(tǒng)輸入側(cè)采用移相變壓器與各個(gè)功率單元連接，輸出側(cè)通過將功率單元串接給交流電動(dòng)機(jī)供電。其中各單元采用常規(guī)的交—直—交電壓源逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，igbt的通斷采用pwm控制方式。系統(tǒng)用低壓器件實(shí)現(xiàn)高壓輸出，且不存在電壓均衡問題，不會(huì)對(duì)器件構(gòu)成高壓威脅。

圖3 三相系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)圖

3.3 生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)圖(圖4所示)

圖4 生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)圖

b變壓器柜；
d整流變頻柜；
k操作控制柜；
m異步電動(dòng)機(jī)（6kv 280kw）；
p清水泵；
s供水管網(wǎng)；
t壓力變送器。
系統(tǒng)由6kv供電，經(jīng)變頻器輸出給負(fù)載異步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵p給供水管網(wǎng)供水。供水管網(wǎng)壓力反饋回變頻器控制系統(tǒng)，在與原設(shè)定值進(jìn)行比較后調(diào)整變頻器輸出頻率，改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整供水量，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。
3.4 設(shè)備操作步驟簡(jiǎn)述
（1）給控制柜k送電；
（2）給變頻器柜b送電；
（3）操作k，啟動(dòng)m。

4 運(yùn)行情況介紹
4.1 主變頻器通電時(shí)，初級(jí)瞬態(tài)電流波形圖（如圖5所示）

圖5 主變頻器通電時(shí)初級(jí)瞬態(tài)電流波形圖

（輸出電壓測(cè)試儀器：tds3034示波器、電流探頭）

4.2 模糊控制器設(shè)定、管網(wǎng)壓力及運(yùn)行頻率之間的關(guān)系表（如附表所示）

4.3 單臺(tái)水泵運(yùn)行管網(wǎng)壓力及水量曲線圖
如圖6所示。

圖6 單臺(tái)水泵運(yùn)行管網(wǎng)壓力及水量曲線圖

4.4 單臺(tái)水泵運(yùn)行電流及水量曲線圖(如圖7所示)

圖7 單臺(tái)水泵運(yùn)行電流及水量曲線圖

4.5 網(wǎng)側(cè)電流(a相)諧波分析圖表(如圖8所示)

圖8 網(wǎng)側(cè)電流(a相)諧波分析圖

5 經(jīng)濟(jì)效益分析
5.1 試運(yùn)行72小時(shí)時(shí)的記錄數(shù)據(jù)分析
未使用變頻器時(shí)電機(jī)運(yùn)行電流平均值為23a，使用變頻器電機(jī)電流平均值為10a使用變頻器節(jié)電率約為40％左右。
5.2 軟啟動(dòng)
用變頻器啟動(dòng)電機(jī)，沒有啟動(dòng)沖擊，比較大啟動(dòng)電流只有額定電流的0.3倍，平穩(wěn)啟動(dòng)，從而大大降低了對(duì)電網(wǎng)供電設(shè)備的沖擊，減少了維護(hù)費(fèi)用，對(duì)電機(jī)壽命起到保護(hù)。
5.3 靈活性
第六水廠經(jīng)過改造后，改為再生水廠，設(shè)計(jì)供水能力為17萬(wàn)m³/日。由于再生水的使用仍屬于使用初期，再加上再生水管網(wǎng)還未形成規(guī)模，因此實(shí)際用水量初期僅為1.7萬(wàn)m³/日，此時(shí)開始使用變頻器調(diào)速機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了供水的靈活性。
目前用水量已逐步增加，從4.5萬(wàn)m³/日增加到9萬(wàn)m³/日，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，節(jié)電率約為30％。
5.4 水壓穩(wěn)定
由于運(yùn)用了壓力閉環(huán)控制，提高了系統(tǒng)運(yùn)行品質(zhì)，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，并使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，達(dá)到了恒壓供水，管網(wǎng)壓力波動(dòng)僅為±0.02mpa。
5.5 無諧波危害
變頻裝置的諧波含量很小，且此裝置能使功率因數(shù)大于0.95，大大降低了無功損耗。
5.6 可在線監(jiān)控
由于裝置采用計(jì)算機(jī)控制，具有在線故障診斷及顯示功能，可編程改變運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)運(yùn)行。
5.7 節(jié)電效果好
除節(jié)電明顯外，裝置的故障率低，運(yùn)行到目前已比較穩(wěn)定。由于重視設(shè)備維護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件又比較好，2006年故障率為0。