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展有限公司生產的高壓變頻器在三聯煤電化工有限責任公司煤氣加壓機中的應用。通過改造，實現了煤氣加壓機的高效運行，達到了節能降耗的目的。

關鍵詞：高壓變頻器  煤氣加壓機  節能降耗

1前言 

      三聯煤電化工是一家集煤炭深加工及發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60萬噸焦炭的煉焦生產線，其主要產出為焦炭、焦油及煤氣。煤氣主要供給后面的電廠發電用。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出的煤氣經過風機吸收后，經過加壓、通過管道輸送給電廠鍋爐作為燃氣發電。煤氣加壓機前級為焦捕柜，焦化爐產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。其生產流程圖如圖1所示。

圖1 焦化廠生產流程圖

2現場設備介紹

      焦化廠配有兩臺煤氣加壓機，該設備為煤氣加壓系統中并聯使用，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，便于通訊等功能優于以往的傳統調速方式，是性能最優的軟啟動方案。

      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展有限公司生產的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，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、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。現在的高壓變頻調速系統一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發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，不僅可實現變頻故障情況下自動由變頻轉換至工頻運行狀態，還可實現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：實時顯示檢測系統的直流電壓，從而實現輸出電壓的優化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統控制性能，并可使保證運行維護人員實現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，單元串聯多重化并聯結構，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。

(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，繼續運行。

4變頻改造控制方案

      為了保證煤氣加壓系統的可靠性，變頻器裝置采用自動轉換工頻方式，當變頻器發生故障，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，提高了整個系統的安全穩定性。

      煤氣加壓機變頻系統具有如下特點：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繼續運行，不會停機；在現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，降額繼續運行，減少突然停機造成的損失，如果變頻器出現3個以上的故障單元，可自動轉工頻運行，可保證生產不受影響。

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合閘狀態下，若變頻器出現故障，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”信號并聯于KM3合閘回路。變頻運行狀態下，若變頻器出現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運行（按下“工頻投切”按鈕），系統將首先分斷變頻器高壓輸入、輸出開關KM1和KM2，經過一定延時后，“旁路投入”閉合，即工頻旁路KM3合閘，電機投入電網工頻運行。

6 調試中注意的問題

      原系統改為變頻調速系統以后，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。這樣煤氣加壓系統可以進一步降低消耗。

      改造后，高壓變頻器參數設定，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，至今運行正常。經過測試，系統達到了預期的效果。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的沖擊。改造效果是非常明顯的。

7.1節能情況

      改造前工頻：280kW、250kW煤氣加壓機平均運行電流25A，電網電壓取6.1kV，功率因數為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，記錄運行參數如表4所示：

變頻輸入電流取平均數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）有效地改善了現場運行環境，由于電機以及負載轉速下降，大大降低了設備噪聲污染，現場操作人員非常歡迎。

（3）功率因數提高到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，調節精度高，調節頻率波動可保持在0.1～0.01Hz范圍內，便于實現風機系統自動化控制。

8 結束語

      經過變頻改造后，煤氣加壓機實現軟起軟停，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定，達到了較好的節能效果。隨著國家對節能減排工作的越來越重視，企業通過各種措施降低生產成本，其中變頻技術起到了關鍵作用，取得了明顯的經濟效益和社會效益，適應了國家建設資源節約型社會的潮流。