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摘 要： 文章对某水厂取水车间2013年变频技改前后机组运行情况进行调查，并经过比较分析后，提出采用变频技术对生产运行机组进行改造，不仅减少了机组开停机次数，使得供水电耗率明显下降，而且供水调度更加科学简易，为企业带来明显经济效益。
关键词：变频技术；节能；电耗率；供水调节
中图分类号：TE08文献标识码： A
一、变频技术的定义
简单的说，变频技术就是通过将三相380V(220V)/50Hz交流电通过整流桥整流变成脉动直流电，通过电解电容滤波后变成平滑的直流电，控制板对IPM、IGBT或模块的控制后将平滑的直流电变成三相频率可变的交流电的技术。
二、变频技术在水厂的主要运用
①、调速：普通的三相异步电动机，加装变频器后可以实现调速功能。即任意地改变电动机的转速，达到调节水量的目的。
②、节能：变频器调速较传统的电磁调速可以节电5%-20%，具体节电的多少就要在根据实际工况决定。
③、启动、自补偿与保护：变频器启动平稳，对机械设备无任何冲击，且能够进行自我功率因数补偿不需额外安装功率补偿设备，易于控制有完备的电机保护功能。
④、水量调节：水厂传统的水量调节方式为阀门开度调节方式，该调节办法虽能有效对供水量进行调节，但是对阀门与电机都有危害，采用变频调节方式对电机与水泵无任何危害。
以南宁市某水厂为例，该水厂源水泵房从2012年5月起实现对水厂供水，供水规模为每天8万立方米，由三台型号为500S35AI、流量2200m3/h、扬程26米的水泵供水，两用一备。水厂有3座清水池贮水，规格分别为5000m3、900m3、1000m3，总容量不到7000 m3，依据水厂运行经验要求，水厂规模在8万立方米/每天时，配套清水池容积不应少于1万立方米，水厂现有清水池容量明显小于供水要求，这一工艺特点造成了该水厂的源水水量需求变化较大。同时，水厂受供水季节及不同时段影响，需水量变化较大。2012年其最高日供水量为79660立方米，最低日供水量仅50202立方米，最高瞬时供水量3950立方米，最低瞬时供水量仅1550立方米。
取2012年12月18日瞬时供水量作折线图，如图1：
对折线图进行分析可知：
1、供水量在22：00～24：00、0：00～6：00之间变化较大，同时水泵流量值范围在现有工频范围之外，能耗显而易见。
2、从该泵房的现有水泵配套运行来调查，由于泵房现有机组水泵流量相同，而水厂水量需求变化又较大，因此，泵房水泵运行方式并不能灵活满足水厂的调度需求，只能通过频繁开停机组或开闭阀门来调节水量：枯水期最高时需开3台机组供水，丰水期，开1台机组水量不足，开2台机组水量过量，有时只能通过调节出水手动蝶阀开度来调节水量，经过对阀门两侧的压力差进行检测，发现损失最高达2.0米，增加了无谓的能耗。
以上表明现有水泵运行方式与流量需求不适应，存在较大的电能损失。
对2012年5月～12月与2013年1～3月各班次电耗率（kWh/dam3）运行统计分析，统计结果如表1：
表1：2012年5月～12月与2013年1~3月各班次电耗率（kWh/ dam3）统计表
月份
电耗率 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月 平均
0：00～
8：00 133.80 124.72 124.57 119.22 121.02 124.51 133.98 135.91 133.86 129.50 129.13 128.20
8：00～
16：00 139.55 130.93 129.66 133.46 130.30 130.30 136.92 139.88 134.98 137.55 137.12 134.60
16：00~
24：00 143.51 131.31 131.93 134.30 129.85 131.77 138.30 139.19 137.03 138.10 138.60 135.81
平均 138.95 128.97 128.72 128.99 127.06 128.86 136.40 138.33 135.29 135.05 134.95 132.87
对表1进行分析得出：
1、2012年5、11、12月，2013年为1、2、3月为枯水期，共6个月，平均电耗率为136.49 kWh/ dam3。 2012年6、7、8、9、10月为丰水期，共5个月，平均电耗率为128.46kWh/ dam3。
运行一年平均电耗率为132.87 kWh/ dam3。
2、在16：00～24：00这个时段，供水量变化最大，机组开停调整水量最频繁，该时段的能耗最高。因此，机组开停频繁是造成供水电耗高的一个重要原因。
对水泵机组不同运行方式下的供水电耗率进行统计，统计结果如表2所示：
表2：机组不同运行方式下的供水电耗率
运行方式 供水电耗率（kWh/ dam3）
单台运行
两台运行
三台运行 128
131
134
分析表2，可知單机运行电耗率最低，三台机组同时运行时电耗率最高。
调查结论
通过以上对机组运行情况进行调查，可知供水季节与机组运行方式决定了电耗率的高低。
从表1可知，2012年丰水期的平均电耗率为128.46 kWh/dam3（丰水期供水电耗率最好水平为127.06 kWh/ dam3），高电耗原因在枯水期电耗率超标，为136.49 kWh/ dam3，历年枯水期供水电耗率最好水平为129.34 kWh/ dam3（2013年1月12日电耗率），经过分析比较，认为在现有基础上对机组进行相应技术改造，把电耗率控制在130 kWh/ dam3以内。
技改方案
对源水泵房3＃水泵机组安装变频装置来实现水泵流量调节。变频器采用施奈德ATV38型变频器(380V/600A/50Hz)，ATV38 是一种应用于三相异步电动机的变频器，由360V至460V三相电源供电，通过对能耗进行优化可以降低运行成本。
此方案不需要更换水泵电机，只需把原有的降压启动装置改为变频软起动装置，机组在运行过程中，通过调节电机运转频率来调节水泵流量，从而满足水厂的实时生产供水调度需要，减少开停机次数，提高机组的运行效率，具有节电节能效果。
项目经费情况：技改项目一次投入费用18万元。
变频技改项目于2013年5月底安装调试完毕并投入运行。
对变频机组在不同的时段、不同河床水位、不同频率(Hz)情况下，供水水量（m3）进行统计，结果如表3所示：
表3：频率、流量统计表
项目
时段 7月1日 7月8日 8月12日 8月20 9月23日 9月28日
频率 流量 频率 流量 频率 流量 频率 流量 频率 流量 频率 流量
0∶00～5∶00 42.8 1850 42.8 1930 42.5 2015 42.8 2930 42.0 2750 42.0 1793
8∶00～21∶00 49.0 2350 49.3 2850 49.3 3320 49.6 3468 49.3 3560 49.0 2690
21∶00～24∶00 42.9 1900 48.0 2660 43.0 3010 43.0 2998 45.0 2700 49.0 2664
运行结果证明：通过调节频率来调节水量，能满足水厂的水量需求；通过变频调节，机组每天开停次数均比以前减少2次以上。
统计采用变频后各班次电耗率如表4所示：
表4：2013年6月――9月电耗率
月 份
电耗率 6月 7月 8月 9月 平均
0∶00～8∶00 126.74 119.85 115.18 121.02 120.70
8∶00～16∶00 127.01 129.11 118.23 129.36 125.92
16∶00～24∶00 128.85 128.64 122.91 128.08 127.12
平均 127.53 125.86 118.77 126.15 124.58
节能降耗效果：采用变频技术装置后，2013年6-9月供水电耗率降低为124.58 kWh/ dam3。
降低电耗以及成本计算
电耗率由技改前的132.87kWh/ dam3降到了124.58kWh/ dam3，降低了6.2%，即每千吨水节电8.29kWh,以广西工业用电每度6.69元计算，日节约电费约为：535.2元，年节约电费约为：195348元，该变频器造价为18万元，一年即可收回成本。
其它有利效果
采用变频技术后，机组开停次数减少了，从而减少了水泵机组的维修，且不在使用阀门进行水量调节，十分有利于设备的安全运行。
三、变频技术运用过程中应注意的几点问题
1、变频器发热问题。由于变频器的工作原理，决定其为高温度电器，所以变频器的散热成为其安装地点的首要考虑问题，某水厂取水车间将3台变频器安装在狭小且通风差的配电间内，造成变频器散热困难，频繁跳置，变频器无法正常使用，造成生产困难，后虽然加装空调帮助散热，但是因空调亦高耗电电气，使得变频器节电效果大打折扣，所以安装变频器的地点选择问题很重要，应该选择通风好的地点安装，若条件允许，应加装联合风管帮助散热。
2、变频器清理
变频器系高静电设备，极易吸引灰尘的附着，除尘工作十分重要，否则变频柜内的逆变模块极易故障，导致问题发生。
3、变頻器的选用及改造
在选用变频器之前，应实际的计算现有设备电耗与选用变频之后能够节约电耗的，并且计算购买成本与节约电费之间的关系，因现在国内市场变频器都比较贵，所以必须仔细计算。国内市场中大多以国外变频器为主，其操作面板多为外国文字，操作起来比较困难，可以经过技改加装电位器和指示灯使得变频作业更加简单直观。
4、变频器的保养问题
变频器系高发热电器，需经常保养，包括除尘，做各项试验确保其的可靠性。
5、变频器的使用
变频器应连续经常使用，不易间断使用，若变频柜由于特殊原因要长时间暂停使用的，应做好密封、防鼠、防潮工作，再重新启用的时候应做全面检查才能继续使用。
参考文献：
[1]纪振岗。变频调速与电磁调速的综合性能比较。河北煤炭，2004第五期。
[2]王春堂，孙玉霞。水泵与水泵站 黄河水利出版社，2011。
关键词：变频技术；节能；电耗率；供水调节
中图分类号：TE08文献标识码： A
一、变频技术的定义
简单的说，变频技术就是通过将三相380V(220V)/50Hz交流电通过整流桥整流变成脉动直流电，通过电解电容滤波后变成平滑的直流电，控制板对IPM、IGBT或模块的控制后将平滑的直流电变成三相频率可变的交流电的技术。
二、变频技术在水厂的主要运用
①、调速：普通的三相异步电动机，加装变频器后可以实现调速功能。即任意地改变电动机的转速，达到调节水量的目的。
②、节能：变频器调速较传统的电磁调速可以节电5%-20%，具体节电的多少就要在根据实际工况决定。
③、启动、自补偿与保护：变频器启动平稳，对机械设备无任何冲击，且能够进行自我功率因数补偿不需额外安装功率补偿设备，易于控制有完备的电机保护功能。
④、水量调节：水厂传统的水量调节方式为阀门开度调节方式，该调节办法虽能有效对供水量进行调节，但是对阀门与电机都有危害，采用变频调节方式对电机与水泵无任何危害。
以南宁市某水厂为例，该水厂源水泵房从2012年5月起实现对水厂供水，供水规模为每天8万立方米，由三台型号为500S35AI、流量2200m3/h、扬程26米的水泵供水，两用一备。水厂有3座清水池贮水，规格分别为5000m3、900m3、1000m3，总容量不到7000 m3，依据水厂运行经验要求，水厂规模在8万立方米/每天时，配套清水池容积不应少于1万立方米，水厂现有清水池容量明显小于供水要求，这一工艺特点造成了该水厂的源水水量需求变化较大。同时，水厂受供水季节及不同时段影响，需水量变化较大。2012年其最高日供水量为79660立方米，最低日供水量仅50202立方米，最高瞬时供水量3950立方米，最低瞬时供水量仅1550立方米。
取2012年12月18日瞬时供水量作折线图，如图1：
对折线图进行分析可知：
1、供水量在22：00～24：00、0：00～6：00之间变化较大，同时水泵流量值范围在现有工频范围之外，能耗显而易见。
2、从该泵房的现有水泵配套运行来调查，由于泵房现有机组水泵流量相同，而水厂水量需求变化又较大，因此，泵房水泵运行方式并不能灵活满足水厂的调度需求，只能通过频繁开停机组或开闭阀门来调节水量：枯水期最高时需开3台机组供水，丰水期，开1台机组水量不足，开2台机组水量过量，有时只能通过调节出水手动蝶阀开度来调节水量，经过对阀门两侧的压力差进行检测，发现损失最高达2.0米，增加了无谓的能耗。
以上表明现有水泵运行方式与流量需求不适应，存在较大的电能损失。
对2012年5月～12月与2013年1～3月各班次电耗率（kWh/dam3）运行统计分析，统计结果如表1：
表1：2012年5月～12月与2013年1~3月各班次电耗率（kWh/ dam3）统计表
月份
电耗率 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月 平均
0：00～
8：00 133.80 124.72 124.57 119.22 121.02 124.51 133.98 135.91 133.86 129.50 129.13 128.20
8：00～
16：00 139.55 130.93 129.66 133.46 130.30 130.30 136.92 139.88 134.98 137.55 137.12 134.60
16：00~
24：00 143.51 131.31 131.93 134.30 129.85 131.77 138.30 139.19 137.03 138.10 138.60 135.81
平均 138.95 128.97 128.72 128.99 127.06 128.86 136.40 138.33 135.29 135.05 134.95 132.87
对表1进行分析得出：
1、2012年5、11、12月，2013年为1、2、3月为枯水期，共6个月，平均电耗率为136.49 kWh/ dam3。 2012年6、7、8、9、10月为丰水期，共5个月，平均电耗率为128.46kWh/ dam3。
运行一年平均电耗率为132.87 kWh/ dam3。
2、在16：00～24：00这个时段，供水量变化最大，机组开停调整水量最频繁，该时段的能耗最高。因此，机组开停频繁是造成供水电耗高的一个重要原因。
对水泵机组不同运行方式下的供水电耗率进行统计，统计结果如表2所示：
表2：机组不同运行方式下的供水电耗率
运行方式 供水电耗率（kWh/ dam3）
单台运行
两台运行
三台运行 128
131
134
分析表2，可知單机运行电耗率最低，三台机组同时运行时电耗率最高。
调查结论
通过以上对机组运行情况进行调查，可知供水季节与机组运行方式决定了电耗率的高低。
从表1可知，2012年丰水期的平均电耗率为128.46 kWh/dam3（丰水期供水电耗率最好水平为127.06 kWh/ dam3），高电耗原因在枯水期电耗率超标，为136.49 kWh/ dam3，历年枯水期供水电耗率最好水平为129.34 kWh/ dam3（2013年1月12日电耗率），经过分析比较，认为在现有基础上对机组进行相应技术改造，把电耗率控制在130 kWh/ dam3以内。
技改方案
对源水泵房3＃水泵机组安装变频装置来实现水泵流量调节。变频器采用施奈德ATV38型变频器(380V/600A/50Hz)，ATV38 是一种应用于三相异步电动机的变频器，由360V至460V三相电源供电，通过对能耗进行优化可以降低运行成本。
此方案不需要更换水泵电机，只需把原有的降压启动装置改为变频软起动装置，机组在运行过程中，通过调节电机运转频率来调节水泵流量，从而满足水厂的实时生产供水调度需要，减少开停机次数，提高机组的运行效率，具有节电节能效果。
项目经费情况：技改项目一次投入费用18万元。
变频技改项目于2013年5月底安装调试完毕并投入运行。
对变频机组在不同的时段、不同河床水位、不同频率(Hz)情况下，供水水量（m3）进行统计，结果如表3所示：
表3：频率、流量统计表
项目
时段 7月1日 7月8日 8月12日 8月20 9月23日 9月28日
频率 流量 频率 流量 频率 流量 频率 流量 频率 流量 频率 流量
0∶00～5∶00 42.8 1850 42.8 1930 42.5 2015 42.8 2930 42.0 2750 42.0 1793
8∶00～21∶00 49.0 2350 49.3 2850 49.3 3320 49.6 3468 49.3 3560 49.0 2690
21∶00～24∶00 42.9 1900 48.0 2660 43.0 3010 43.0 2998 45.0 2700 49.0 2664
运行结果证明：通过调节频率来调节水量，能满足水厂的水量需求；通过变频调节，机组每天开停次数均比以前减少2次以上。
统计采用变频后各班次电耗率如表4所示：
表4：2013年6月――9月电耗率
月 份
电耗率 6月 7月 8月 9月 平均
0∶00～8∶00 126.74 119.85 115.18 121.02 120.70
8∶00～16∶00 127.01 129.11 118.23 129.36 125.92
16∶00～24∶00 128.85 128.64 122.91 128.08 127.12
平均 127.53 125.86 118.77 126.15 124.58
节能降耗效果：采用变频技术装置后，2013年6-9月供水电耗率降低为124.58 kWh/ dam3。
降低电耗以及成本计算
电耗率由技改前的132.87kWh/ dam3降到了124.58kWh/ dam3，降低了6.2%，即每千吨水节电8.29kWh,以广西工业用电每度6.69元计算，日节约电费约为：535.2元，年节约电费约为：195348元，该变频器造价为18万元，一年即可收回成本。
其它有利效果
采用变频技术后，机组开停次数减少了，从而减少了水泵机组的维修，且不在使用阀门进行水量调节，十分有利于设备的安全运行。
三、变频技术运用过程中应注意的几点问题
1、变频器发热问题。由于变频器的工作原理，决定其为高温度电器，所以变频器的散热成为其安装地点的首要考虑问题，某水厂取水车间将3台变频器安装在狭小且通风差的配电间内，造成变频器散热困难，频繁跳置，变频器无法正常使用，造成生产困难，后虽然加装空调帮助散热，但是因空调亦高耗电电气，使得变频器节电效果大打折扣，所以安装变频器的地点选择问题很重要，应该选择通风好的地点安装，若条件允许，应加装联合风管帮助散热。
2、变频器清理
变频器系高静电设备，极易吸引灰尘的附着，除尘工作十分重要，否则变频柜内的逆变模块极易故障，导致问题发生。
3、变頻器的选用及改造
在选用变频器之前，应实际的计算现有设备电耗与选用变频之后能够节约电耗的，并且计算购买成本与节约电费之间的关系，因现在国内市场变频器都比较贵，所以必须仔细计算。国内市场中大多以国外变频器为主，其操作面板多为外国文字，操作起来比较困难，可以经过技改加装电位器和指示灯使得变频作业更加简单直观。
4、变频器的保养问题
变频器系高发热电器，需经常保养，包括除尘，做各项试验确保其的可靠性。
5、变频器的使用
变频器应连续经常使用，不易间断使用，若变频柜由于特殊原因要长时间暂停使用的，应做好密封、防鼠、防潮工作，再重新启用的时候应做全面检查才能继续使用。
参考文献：
[1]纪振岗。变频调速与电磁调速的综合性能比较。河北煤炭，2004第五期。
[2]王春堂，孙玉霞。水泵与水泵站 黄河水利出版社，2011。