關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速、軟啟動、節(jié)能減排

摘要：本文著重介紹匯川技術(shù)HD90兩象限高壓變頻器在陜西神木某煤焦化廠引風(fēng)機(jī)的上的應(yīng)用。羅茨風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速后，與之前傳統(tǒng)水阻柜啟動、手動閥門調(diào)節(jié)流量方式相比，在操作性、可靠性及維護(hù)性上有了很大的改善和提高，與此同時(shí)，在對電網(wǎng)零沖擊的前提下，還具有顯著的節(jié)能效果。

一、概述

陜西某煤焦化廠成立于2011年10月份，現(xiàn)共有八臺碳化爐，生產(chǎn)蘭炭、煤焦油、焦末、面煤等。原引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)有五臺280kW羅茨風(fēng)機(jī)，安裝在初冷器之前，風(fēng)機(jī)對初冷器中的煤氣進(jìn)行抽取，工藝上要保證初冷器內(nèi)維持120Pa壓力，則引風(fēng)機(jī)需要調(diào)速，原系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)出口閥門調(diào)節(jié)。

煉焦過程是煉焦煤在炭化室經(jīng)過干燥、熱解、半焦化膠體和固化收縮等階段。在常溫~150℃的溫度變化內(nèi)，煤表面的水分、吸附在煤中的二氧化碳、甲烷等析出。隨著溫度的繼續(xù)升高，進(jìn)入軟化熔融階段，煤大分子側(cè)鏈斷裂和分解，產(chǎn)生含有甲烷、一氧化碳、化合水及焦油蒸汽等熱分解產(chǎn)物。當(dāng)溫度達(dá)到350℃~550℃時(shí)，進(jìn)入半焦至焦碳階段中，隨著焦質(zhì)致密、縮聚，氫大量的產(chǎn)生。在炭化室煉焦的特定條件下，上述初次分解的產(chǎn)物，通過赤熱的半焦及焦碳層到達(dá)爐墻邊，然后沿著高溫的爐墻與焦碳之間的空隙到達(dá)爐頂空間。

圖一、煤焦化工藝流程圖

二、方案介紹

改造之前，電機(jī)采用水阻柜進(jìn)行軟啟動，風(fēng)機(jī)采用人工調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)流量。水阻柜適用于額定電壓為3~10KV大、中型同步或異步電動機(jī)的軟起動。在靜態(tài)工作條件下，與電抗器性能相同;在動態(tài)工作條件下，可實(shí)現(xiàn)無級的連續(xù)起動。由于其利用液體電阻的負(fù)溫度特性，使電機(jī)的端電壓逐步上升，起動轉(zhuǎn)矩也逐步增加，因而電機(jī)起動比較平穩(wěn)，但水阻柜的壽命短，定期需要維護(hù)，成本高。原系統(tǒng)是在初冷器的出口處設(shè)置手動閥門用人工調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)閥門的開度的過程，響應(yīng)性和精度上都很難達(dá)到工藝要求。為滿足生產(chǎn)工藝的要求和節(jié)能，對現(xiàn)場四臺280kw電機(jī)進(jìn)行變頻改造。

2.1一次接線圖

現(xiàn)在總共有四臺高壓變頻器，其實(shí)一臺采用一拖二手動旁路控制方案，其他三臺采用一拖一手動旁路控制方案。

1、一拖二手動控制方案

圖二、一拖二方案一次接線圖

現(xiàn)場有兩臺280kw的電機(jī)采用一拖二手動旁路控制方案，即一用一備。旁路柜一、二柜內(nèi)均安裝有3只刀閘，分別隔離變頻器、高壓側(cè)電源、電動機(jī)。正常運(yùn)行時(shí)，QS1、QS2閉合，QS3、QS4、 QS5、 QS6斷開，電機(jī)M1采用變頻器運(yùn)行方式。當(dāng)變頻器有故障不能運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1、QS2、QS4、 QS5、 QS斷開，電機(jī)M1采用工頻運(yùn)行方式。QS1、QS3不能同時(shí)閉合，機(jī)械互鎖。同樣操作方式，工變頻啟動電機(jī)M2。旁路柜一、二之間存在電氣互鎖，即旁路柜QS1、QS2閉合時(shí)，QS4無效。高壓變頻器與用戶上級進(jìn)線柜進(jìn)行聯(lián)鎖，變頻器故障同時(shí)跳開上級進(jìn)線柜開關(guān)，及時(shí)保護(hù)變頻器。同時(shí)，合閘允許上級進(jìn)線柜送高壓，使電機(jī)工頻運(yùn)行，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

2、一拖一手動控制方案

圖三、一拖一方案一次接線圖

現(xiàn)場共有三臺280kw的電機(jī)分別采用一拖一手動旁路控制方案，正常運(yùn)行時(shí)，QS1、QS2閉合，QS3斷開，電機(jī)采用變頻器運(yùn)行方式。當(dāng)變頻器有故障不能運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1、QS2斷開，采用工頻運(yùn)行方式。QS1、QS3不能同時(shí)閉合，機(jī)械互鎖。

2.2 匯川技術(shù)HD90系列高壓變頻器改造優(yōu)勢

1、軟啟動。延長電機(jī)及負(fù)載的使用壽命：變頻改造真正實(shí)現(xiàn)了電機(jī)及負(fù)載的軟啟動，減少了沖擊，能夠有效延長其使用壽命。

圖四、軟啟動電流波形采樣

2、易操作。變頻器具備遠(yuǎn)程及本地兩種操作方式，能夠自由切換，操作方便簡單，且配備了旁路柜，方便檢修作業(yè)。

3、噪聲低。變頻改造后，電機(jī)噪聲明顯降低，改善了工人的作業(yè)環(huán)境。

4、諧波小。匯川HD90系列高壓變頻器采用單元級聯(lián)型，10kV產(chǎn)品為48脈沖整流，對電網(wǎng)諧波污染小于國家標(biāo)準(zhǔn)。

5、效率高。提高功率因數(shù)，無需無功補(bǔ)償裝置。

三、現(xiàn)場節(jié)電率

變頻器改造中，保留了原先水阻柜，以便在變頻器故障時(shí)，能夠保證電機(jī)工頻軟啟運(yùn)行。生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，變頻器的輸出頻率在40Hz上下變動，風(fēng)機(jī)閥門全開?，F(xiàn)場以放電機(jī)一(一拖一控制)實(shí)際運(yùn)行為例，工況如下：

工變頻 運(yùn)行情況	出口閥門開度	頻率	實(shí)際電流	電壓
工頻	55%	50HZ	21.9A	10215V
變頻	100%	40HZ	17.6A	10040V

計(jì)算節(jié)能效果如下：

工頻運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出功率：
變頻器運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出功率：
節(jié)電率：

全年按300 日計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)：

據(jù)實(shí)際檢測本系統(tǒng)節(jié)能在21.01%，四臺變頻器年節(jié)約電費(fèi)一百萬左右，不到一年即可收回投資，取得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益。

四、匯川技術(shù)HD90高壓變頻器技術(shù)優(yōu)勢

1.矢量控制技術(shù)

HD90系列高壓變頻器具備矢量控制技術(shù)，基于電機(jī)d-q軸數(shù)學(xué)方程式解析，對電機(jī)定子電流解耦成勵磁分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流，并分別加以控制，以達(dá)到模擬自然解耦的直流電動機(jī)的控制效果。

2.非對稱旁路技術(shù)

HD90系列高壓變頻器采用單元級聯(lián)方式，當(dāng)其中某個單元出現(xiàn)故障后，在單元配備旁路功能(可選)的情況下，通過非對稱旁路技術(shù)可以使系統(tǒng)不停機(jī)運(yùn)行。HD90的非對稱技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)旁路方案更高的電壓輸出幅值。

3.飛車啟動功能

HD90系列高壓變頻器具備飛車啟動功能，能夠在未知電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的狀況下啟動變頻器，變頻器自動進(jìn)行頻率搜索，直至搜索到與電機(jī)實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)頻率相符的頻率，此時(shí)變頻器輸出相應(yīng)頻率，并控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)至指定頻率，此技術(shù)能有效減少瞬間停電對生產(chǎn)的影響以及對電網(wǎng)的沖擊。

4.雙路控制電源

HD90控制系統(tǒng)采用雙電源供電，控制電源失電后可正常工作;一路由用戶提供，一路由高壓變壓器繞組降到380v。兩路電源切換電路采用儲能電容，保證切換時(shí)平滑無擾動。

5.來電自啟動功能

電網(wǎng)瞬間跌落或波動時(shí)，系統(tǒng)可保證瞬間失電不跳閘，且在失電后5個周期內(nèi)變頻器運(yùn)行不受影響，超過5個周期變頻器自動降額運(yùn)行，失電超過9s后變頻器停機(jī)，連續(xù)生產(chǎn)提高系統(tǒng)生產(chǎn)效率。

6.高可靠性器件

核心器件IGBT、整流二極管、高品質(zhì)電容、主控制芯片ARM、DSP、FPGA等均選用高品質(zhì)器件，保證了運(yùn)行的高可靠性，生命周期長。

四、現(xiàn)場運(yùn)行照片

圖五、現(xiàn)場變頻器室

圖六、變頻器運(yùn)行照片
 

五、結(jié)束語

匯川技術(shù)的HD90系列高壓變頻器，采用單元級聯(lián)高—高結(jié)構(gòu)，具備磁鏈閉環(huán)矢量控制國際領(lǐng)先技術(shù)，為風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載提供了更優(yōu)的選擇?，F(xiàn)場應(yīng)用實(shí)踐證明，HD90高壓變頻器完全滿足煤焦化廠引風(fēng)機(jī)的要求。

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