摘  要：本文結合焦化廠煤氣加壓機運行的實際工況，介紹了山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器在三聯(lián)煤電化工有限責任公司煤氣加壓機中的應用。通過改造，實現(xiàn)了煤氣加壓機的高效運行，達到了節(jié)能降耗的目的。

關鍵詞：高壓變頻器  煤氣加壓機  節(jié)能降耗

1前言 

      三聯(lián)煤電化工是一家集煤炭深加工及發(fā)電為一體的綜合性公司。焦化公司為其下屬的一個分公司，焦化公司有一條年產(chǎn)60萬噸焦炭的煉焦生產(chǎn)線，其主要產(chǎn)出為焦炭、焦油及煤氣。煤氣主要供給后面的電廠發(fā)電用。在焦化公司與電廠之間傳輸煤氣用的兩臺煤氣加壓機，其主要功能是把焦化公司的焦爐產(chǎn)出的煤氣經(jīng)過風機吸收后，經(jīng)過加壓、通過管道輸送給電廠鍋爐作為燃氣發(fā)電。煤氣加壓機前級為焦捕柜，焦化爐產(chǎn)出的煤氣含有較多的焦油。焦捕柜的作用是把煤氣中含有的焦油吸收掉。其生產(chǎn)流程圖如圖1所示。

圖1 焦化廠生產(chǎn)流程圖

2現(xiàn)場設備介紹

      焦化廠配有兩臺煤氣加壓機，該設備為煤氣加壓系統(tǒng)中并聯(lián)使用，正常情況下一用一備。煤氣加壓機選用的風機為羅茨風機，羅茨風機相比于離心風機有兩個主要特點：（1）啟動時進風門和出風門必須完全打開，（2）進風口進入羅茨風機的氣體必須完全打出去。這兩臺煤氣加壓機的具體參數(shù)如表1、表2所示。

      該設備由于輸送的是煤氣，煤氣中不可避免的含有一些焦油。羅茨風機由于長期運行以后粘附有很多焦油，增加了設備的阻力。另外羅茨風機為風門全開的情況下啟動，而且焦油在較冷的情況下阻力更大，所以羅茨風機為典型的重載啟動負載。

      原系統(tǒng)6kV高壓斷路器直接送到電機，沒有其他軟起設備，高壓電機與羅茨風機直接用靠背輪連接。該設備由于是重載啟動，并且焦油冷態(tài)時阻力很大，所以直接啟動時啟動電流大，容易造成斷路器跳閘，需要多次合閘才能啟動。并且啟動前還需要給羅茨風機打高溫蒸汽加熱。另外直接啟動有可能影響羅茨風機內部氣隙。由于羅茨風機選型偏大，電廠往往不需要羅茨風機滿負荷運轉，這樣風機只好打開回流閥，造成風機運行效率低下，浪費嚴重，廠領導為了提高煤氣加壓機的運行效率，經(jīng)研究決定改造該設備，增加兩套軟起設備，兼具有調速功能。

      工廠中用于電動機的軟啟動設備，常用的做法有串水阻啟動、串電抗啟動、星三角啟動、轉子串電阻啟動、軟啟動器降壓啟動和變頻啟動等。現(xiàn)分別簡要敘述如下：

（1）串水阻啟動、串電抗啟動和星三角啟動：啟動轉矩小，不能滿足重負荷啟動要求，不能連續(xù)啟動，不能調速。

（2）轉子串電阻：由于該電機為防爆電機，無抽頭，不能采用此種啟動方式。

（3）液力耦合器：能滿足啟動要求，也能達到調速要求，但是投資大，調速效率低，維護費用高。

（4）軟啟動器：不能滿足重負荷啟動要求，不能連續(xù)啟動，不能調速。

（5）變頻調速以啟動轉矩大、啟動電流小、調速精度高、功能強、可靠性高，操作方便，便于通訊等功能優(yōu)于以往的傳統(tǒng)調速方式，是性能最優(yōu)的軟啟動方案。

      綜合上述比較，通過招標方式，廠領導決定采用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37系列（6kV）高壓變頻器作為改造項目的適用設備，改造取得了成功。

3風光公司JD-BP37系列高壓變頻調速系統(tǒng)技術特點

      風光牌JD-BP37系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術、功率單元串聯(lián)多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。2007年，高壓變頻器被評為中國名牌產(chǎn)品。具體來說，風光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點：        

(1)采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準。

(2)飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動。

(3)完整的工頻/變頻自動互切技術?，F(xiàn)在的高壓變頻調速系統(tǒng)一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時能使高壓電機轉至工頻運行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，適應于無備用裝置或不重要的運行工況，自動旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動轉換至工頻運行。新風光公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉換至工頻運行狀態(tài)，還可實現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻運行的功能，整個轉換過程不會對用戶設備的運行造成任何影響。

(4)旋轉中再啟動功能。運行過程中高壓瞬時掉電3s內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動運行到掉電前的頻率。

(5)線電壓自動均衡技術（星點漂移技術）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動均衡技術通過調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。

(6)單元直流電壓檢測：實時顯示檢測系統(tǒng)的直流電壓，從而實現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統(tǒng)控制性能，并可使保證運行維護人員實現(xiàn)對功率單元運行狀況的全面把握。

(7)單元內電解電容因采取了公司專利技術，可以將其使用壽命提高1倍。

(8) 散熱結構設計合理，單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結構，IGBT承受的電壓較低，可以有較寬的過壓范圍(≥1.15Ue)，設備可靠性更高。

(9) 具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發(fā)生。

(10) 限流功能：當變頻器輸出電流超過設定值，變頻器將自動限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負載突然變化而引起的過流保護，最大限度減少停機次數(shù)。

(11) 故障自復位功能：當變頻器由于負載突變造成單元或是整機過電流保護時，可自動復位，繼續(xù)運行。

4變頻改造控制方案

      為了保證煤氣加壓系統(tǒng)的可靠性，變頻器裝置采用自動轉換工頻方式，當變頻器發(fā)生故障，停止運行時，電機可以自動切換到工頻下運行，這樣可以保證煤氣加壓機的供氣要求，提高了整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

      煤氣加壓機變頻系統(tǒng)具有如下特點：為變頻器提供的交流220V控制電源掉電時，由于變頻器的控制電源和主電源沒有相位及同步要求，變頻器可以使用UPS繼續(xù)運行，不會停機；在現(xiàn)場速度給定信號掉線時，變頻器提供報警的同時，可按原轉速繼續(xù)運行，維持機組的工況不變；變頻器配置單元旁路功能，在局部故障時，變頻器可將故障單元旁路，降額繼續(xù)運行，減少突然停機造成的損失，如果變頻器出現(xiàn)3個以上的故障單元，可自動轉工頻運行，可保證生產(chǎn)不受影響。

5變頻控制自動旁路柜

      280kW煤氣加壓機選用JD-BP37-315F（315kW）高壓變頻器，250kW煤氣加壓機選用JD-BP37-280F（280kW）高壓變頻器，兩臺煤氣加壓機旁路柜均采用自動轉換工頻方式。

改造后提供的旁路方案如下：

      旁路柜在變頻器進、出線端增加了兩個隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機運行于旁路時，能安全地進行變頻器的故障處理或維護工作。

      自動旁路柜主回路如圖2所示。KM2與KM3實現(xiàn)電氣互鎖，當KM1、KM2閉合，KM3斷開時，電機變頻運行；當KM1、KM2斷開，KM3閉合時，電機工頻運行。另外，KM1閉合時，K1操作手柄被鎖死，不能操作；KM2閉合時，K2操作手柄被鎖死，不能操作。

圖2 自動旁路柜

      電機工頻運行時，若需對變頻器進行故障處理或維護，切記在KM1、KM2分閘狀態(tài)下，將隔離刀閘K1和K2斷開。

      合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號串聯(lián)于KM1、KM2合閘回路。在變頻器故障或不就緒時，真空接觸器KM1、KM2合閘不允許；在KM1、KM2合閘狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障，則“合閘允許”斷開，KM1、KM2跳閘，分斷變頻器高壓輸入電源。

      旁路投入：將變頻器“旁路投入”信號并聯(lián)于KM3合閘回路。變頻運行狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障且自動投入允許，或者需要將電機從變頻投入到工頻狀態(tài)運行（按下“工頻投切”按鈕），系統(tǒng)將首先分斷變頻器高壓輸入、輸出開關KM1和KM2，經(jīng)過一定延時后，“旁路投入”閉合，即工頻旁路KM3合閘，電機投入電網(wǎng)工頻運行。

6 調試中注意的問題

      原系統(tǒng)改為變頻調速系統(tǒng)以后，有一些問題需要重新設定。如：放散閥的壓力設定，未改造前的原工頻運行，放散閥的壓力為6kPa，也就是當羅茨風機后級的氣壓達到6kPa以上時，才開啟放散閥，排泄出多余的煤氣。由于羅茨風機的工作特點，必須把進風閥門進入的氣體完全打出去，當后級的氣壓接近6kPa時，羅茨風機負荷較重，電機電流已經(jīng)超過額定值較多，因為電動機的過載能力較強，且斷路器的保護電流較大，后級氣壓高時，工頻運行時一般不會跳閘。改造后變頻的過載能力較弱，變頻器的過載能力為1.5倍額定電流60s，這樣就要求后級的放散閥壓力應稍低一些，經(jīng)過與客戶溝通后，建議放散壓力為3～4kPa左右。這樣煤氣加壓系統(tǒng)可以進一步降低消耗。

      改造后，高壓變頻器參數(shù)設定，由于是重載啟動，需要低頻時增加轉矩補償，停車時用戶要求自由停車等，設定參數(shù)如表3所示：

7 變頻改造后設備運行情況

      煤氣加壓機變頻改造后，2011年9月15日，兩套高壓變頻器一次性投入生產(chǎn)，至今運行正常。經(jīng)過測試，系統(tǒng)達到了預期的效果。煤氣加壓機變頻改造后，風機電機輸入電流有明顯下降，設備實現(xiàn)了軟起動，改善了煤氣加壓設備的運行工況，極大地減輕了設備起動時對供配電系統(tǒng)的沖擊。改造效果是非常明顯的。

7.1節(jié)能情況

      改造前工頻：280kW、250kW煤氣加壓機平均運行電流25A，電網(wǎng)電壓取6.1kV，功率因數(shù)為0.8。平均每小時消耗功率為：     

改造后變頻：分別運行兩臺高壓變頻器，記錄運行參數(shù)如表4所示：

變頻輸入電流取平均數(shù)13A，煤氣加壓機變頻運行消耗功率為：

7.2 間接效益

（1）變頻改造后，實現(xiàn)電機軟啟動，啟動電流小于額定電流值，啟動更平滑。

（2）有效地改善了現(xiàn)場運行環(huán)境，由于電機以及負載轉速下降，大大降低了設備噪聲污染，現(xiàn)場操作人員非常歡迎。

（3）功率因數(shù)提高到0.95以上，減少了線路損耗。

（4）減少了維護工作量和維護費用，延長了設備的使用壽命。

采用變頻技術調速后，設備隨生產(chǎn)工藝變速運行，大大降低了設備負荷率，延長了風機、電機等設備的使用壽命。

（5）變頻器具有多項保護功能，十分完善。

與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升保護等多項保護功能，更精確地保護了電機。

（6）調速范圍寬，調速精度高。

采用變頻拖動風機可以在0～50Hz范圍內任意調節(jié)，調節(jié)精度高，調節(jié)頻率波動可保持在0.1～0.01Hz范圍內，便于實現(xiàn)風機系統(tǒng)自動化控制。

8 結束語

      經(jīng)過變頻改造后，煤氣加壓機實現(xiàn)軟起軟停，不僅大大降低了工作人員的勞動強度，而且使整個工藝流程更穩(wěn)定，達到了較好的節(jié)能效果。隨著國家對節(jié)能減排工作的越來越重視，企業(yè)通過各種措施降低生產(chǎn)成本，其中變頻技術起到了關鍵作用，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，適應了國家建設資源節(jié)約型社會的潮流。