引言

　　山東某化工有限公司是山東石化集團公司的下屬企業(yè)，以重油的生產(chǎn)和銷售為主。主要產(chǎn)品包括93#、90#車用無鉛汽油，液化氣、柴油、焦炭、輕質(zhì)油、丙烯等；其中高壓變頻器應用在丙烯車間的循環(huán)氣壓縮機上。此負載設備為離心式循環(huán)壓縮機，參數(shù)如下：

　　應用環(huán)境分析

　　工藝流程如圖1所示：

圖1：丙烯收集系統(tǒng)工藝流程圖

　　在實際應用中，工頻時每次啟動壓縮機都是重載啟動，啟動起來十分不容易，同時還給工藝上帶來很大隱患，比如噪音大，啟動電流大，影響設備壽命、壓力突變等。另外，由于負載的波動性較大，電機很少在滿載情況下運行，僅依靠關出口閥、打回流來調(diào)節(jié)流量，浪費嚴重，能耗較高，運行十分不經(jīng)濟。為了解決這一系列問題，通過多方調(diào)研，該化工廠決定采用高壓變頻器對電機進行調(diào)速改造。

　　系統(tǒng)方案提出

　　1.變頻調(diào)速原理

　　按照電機學的基本原理，電機的轉(zhuǎn)速滿足如下的關系式：

　　n=(1-s)60f/P=n0×(1-s)………①

　　式中：P-電機極對數(shù)；f-電機運行頻率；s-滑差。

　　從式中看出，電機的同步轉(zhuǎn)速n0正比于電機的運行頻率(n0=60f/p)，由于滑差s一般情況下比較?。?-0.05），電機的實際轉(zhuǎn)速n約等于電機的同步轉(zhuǎn)速n0，所以調(diào)節(jié)了電機的供電頻率f，就能改變電機的實際轉(zhuǎn)速。

　　而改變頻率必須改變供電電壓，由交流電機成立的電磁關系式：

　　E=4.44fwΦ………②

　　式中：E-電機電動勢，f-定子頻率，W-繞組系數(shù)，Φ-氣隙主磁通。

　　對異步電機調(diào)速時，希望主磁通Φ恒定，即U/F保持恒定，所以改變頻率時，供電電壓也應跟著變化。

　　2.高壓變頻器技術路線的選擇

　　目前，因為功率器件耐壓的限制，高壓變頻器沒有像低壓變頻器一樣，有統(tǒng)一的拓撲結(jié)構。目前，市場上主流的高壓變頻器多采用單元串聯(lián)多電平的拓撲結(jié)構，系統(tǒng)結(jié)構如圖2所示：

圖2：高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構圖

　　由于這種結(jié)構是利用低壓功率器件實現(xiàn)高壓，巧妙的避開了電力電子功率器件耐壓不足的問題。同時通過前端的移相變壓器，實現(xiàn)了多脈沖整流，具有對電網(wǎng)諧波污染小的優(yōu)點，有些廠家又把這種變頻器稱為“完美無諧波變頻器。在變頻器的內(nèi)部控制上，利用功率單元輸出波形的移相疊加，形成多電平輸出電壓波形，可以直接適配普通國產(chǎn)異步電機，對電機的絕緣沒有特殊要求，并且具有脈動轉(zhuǎn)矩小，無共模電壓的明顯優(yōu)點。因為技術成熟，低壓功率器件易于采購，因此成為市場上的主流方案。通過全方位的調(diào)研，該化工廠確定了英威騰研發(fā)、生產(chǎn)的高壓變頻器CHH100產(chǎn)品。

圖3：運行中的高壓變頻器

　　3.一次主回路方案

　　通過咨詢和現(xiàn)場分析，決定采用一拖一手動旁路方案：主回路由負荷開關QF、3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3及高壓變頻器組成（如圖3）。其中要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現(xiàn)互鎖。高壓隔離開關QS1、QS2、SQ3加裝電磁鎖，電磁鎖的操作電源使用QF的輔助觸點閉鎖。只有當QF斷開時，QS1、QS2、SQ3的電磁鎖才能得電，可以正常操作。在變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開，變頻器得電啟動后，電機處于變頻運行狀態(tài)；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開，QF閉合后，電機實現(xiàn)工頻直接啟動，恢復改造前的運行狀態(tài)。

四、具體使用效果 　　1. 現(xiàn)場技術數(shù)據(jù)：　　改變頻后比工頻運行時的參數(shù)對比表： 工頻 變頻 電機轉(zhuǎn)速 2980r/min 1200r/min 輸入電流 47A 7A 功率因數(shù) 0.47 0.85 出口閥門（FV1001）開度 35%-40% 100% 入口壓力 1.35MPa 1.35MPa 出口壓力 1.85MPa 1.43MPa 壓力差 0.5MPa 0.08MPa 出口流量 20190m3/h 8455m3/h 　　節(jié)省電費為M=1291680-348192=943488元≈94.3萬元。 2. 變頻器運行情況： 　　采用變頻調(diào)速后，帶來的最大好處有以下幾點：　　　　1.電機實現(xiàn)軟啟動，電機啟動電流遠遠小于額定電流，啟動時間相應延長，對電網(wǎng)沖擊很小。　　2.壓縮機出入口壓力差降低了很多。以前壓差5公斤，設備嘯叫嚴重，能達到120分貝；改變頻后壓差為0.8公斤，噪音僅為75分貝左右。從而減輕了起動機械轉(zhuǎn)矩對電機機械損傷，降低了噪音，有效的延長了電機的使用壽命，相應地延長了許多零部件的壽命；同時極大的減輕了對管道的沖擊，有效延長了管道的檢修周期，減少了檢修維護開支，節(jié)約大量維護費用?！　?.輸入電流減少很多，以前電流很多都做了無用功，浪費極大。 　　4.提高了功率因數(shù) 五、客戶評價 　　通過對離心式壓縮機改造前后的對比，達到了預期的節(jié)能效果，給用戶的生產(chǎn)降低了成本減少了生產(chǎn)設備的維護工作；目前英威騰CHH100高壓變頻器運行穩(wěn)定，生產(chǎn)持續(xù)，受到該化工廠生產(chǎn)車間、維護班組和公司領導的高度評價。 六、結(jié)束語 　　我公司通過對離心式循環(huán)壓縮機的電機變頻調(diào)速改造，有效解決了之前運行過程中出現(xiàn)的啟動困難問題，改善了生產(chǎn)工藝，延長了設備檢修周期，并且取得了良好的經(jīng)濟效益。隨著高壓變頻器市場的進一步成熟，將會有越來越多的設備列入改造之列，為國家的節(jié)能減排作出貢獻。 參考文獻　　[1].高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)CHH100系列產(chǎn)品技術手冊 　　[2].高壓變頻器應用資料匯編－石化行業(yè)