關鍵詞：變頻調速、軟啟動、節能減排

摘要：本文著重介紹匯川技術HD90兩象限高壓變頻器在陜西神木某煤焦化廠引風機的上的應用。羅茨風機采用變頻調速后，與之前傳統水阻柜啟動、手動閥門調節流量方式相比，在操作性、可靠性及維護性上有了很大的改善和提高，與此同時，在對電網零沖擊的前提下，還具有顯著的節能效果。

一、概述

陜西某煤焦化廠成立于2011年10月份，現共有八臺碳化爐，生產蘭炭、煤焦油、焦末、面煤等。原引風機系統有五臺280kW羅茨風機，安裝在初冷器之前，風機對初冷器中的煤氣進行抽取，工藝上要保證初冷器內維持120Pa壓力，則引風機需要調速，原系統采用風機出口閥門調節。

煉焦過程是煉焦煤在炭化室經過干燥、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，煤表面的水分、吸附在煤中的二氧化碳、甲烷等析出。隨著溫度的繼續升高，進入軟化熔融階段，煤大分子側鏈斷裂和分解，產生含有甲烷、一氧化碳、化合水及焦油蒸汽等熱分解產物。當溫度達到350℃~550℃時，進入半焦至焦碳階段中，隨著焦質致密、縮聚，氫大量的產生。在炭化室煉焦的特定條件下，上述初次分解的產物，通過赤熱的半焦及焦碳層到達爐墻邊，然后沿著高溫的爐墻與焦碳之間的空隙到達爐頂空間。

圖一、煤焦化工藝流程圖

二、方案介紹

改造之前，電機采用水阻柜進行軟啟動，風機采用人工調節閥門調節流量。水阻柜適用于額定電壓為3~10KV大、中型同步或異步電動機的軟起動。在靜態工作條件下，與電抗器性能相同;在動態工作條件下，可實現無級的連續起動。由于其利用液體電阻的負溫度特性，使電機的端電壓逐步上升，起動轉矩也逐步增加，因而電機起動比較平穩，但水阻柜的壽命短，定期需要維護，成本高。原系統是在初冷器的出口處設置手動閥門用人工調節，在調節閥門的開度的過程，響應性和精度上都很難達到工藝要求。為滿足生產工藝的要求和節能，對現場四臺280kw電機進行變頻改造。

2.1一次接線圖

現在總共有四臺高壓變頻器，其實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

現場有兩臺280kw的電機采用一拖二手動旁路控制方案，即一用一備。旁路柜一、二柜內均安裝有3只刀閘，分別隔離變頻器、高壓側電源、電動機。正常運行時，QS1、QS2閉合，QS3、QS4、 QS5、 QS6斷開，電機M1采用變頻器運行方式。當變頻器有故障不能運行時，QS3閉合，QS1、QS2、QS4、 QS5、 QS斷開，電機M1采用工頻運行方式。QS1、QS3不能同時閉合，機械互鎖。同樣操作方式，工變頻啟動電機M2。旁路柜一、二之間存在電氣互鎖，即旁路柜QS1、QS2閉合時，QS4無效。高壓變頻器與用戶上級進線柜進行聯鎖，變頻器故障同時跳開上級進線柜開關，及時保護變頻器。同時，合閘允許上級進線柜送高壓，使電機工頻運行，保證生產的連續性。

2、一拖一手動控制方案

圖三、一拖一方案一次接線圖

現場共有三臺280kw的電機分別采用一拖一手動旁路控制方案，正常運行時，QS1、QS2閉合，QS3斷開，電機采用變頻器運行方式。當變頻器有故障不能運行時，QS3閉合，QS1、QS2斷開，采用工頻運行方式。QS1、QS3不能同時閉合，機械互鎖。

2.2 匯川技術HD90系列高壓變頻器改造優勢

1、軟啟動。延長電機及負載的使用壽命：變頻改造真正實現了電機及負載的軟啟動，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。

3、噪聲低。變頻改造后，電機噪聲明顯降低，改善了工人的作業環境。

4、諧波小。匯川HD90系列高壓變頻器采用單元級聯型，10kV產品為48脈沖整流，對電網諧波污染小于國家標準。

5、效率高。提高功率因數，無需無功補償裝置。

三、現場節電率

變頻器改造中，保留了原先水阻柜，以便在變頻器故障時，能夠保證電機工頻軟啟運行。生產運行時，變頻器的輸出頻率在40Hz上下變動，風機閥門全開。現場以放電機一(一拖一控制)實際運行為例，工況如下：

工變頻 運行情況	出口閥門開度	頻率	實際電流	電壓
工頻	55%	50HZ	21.9A	10215V
變頻	100%	40HZ	17.6A	10040V

計算節能效果如下：

工頻運行時，電機的輸出功率：
變頻器運行時，電機的輸出功率：
節電率：

全年按300 日計算，年節約電費：

據實際檢測本系統節能在21.01%，四臺變頻器年節約電費一百萬左右，不到一年即可收回投資，取得了非常好的經濟效益。

四、匯川技術HD90高壓變頻器技術優勢

1.矢量控制技術

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

2.非對稱旁路技術

HD90系列高壓變頻器采用單元級聯方式，當其中某個單元出現故障后，在單元配備旁路功能(可選)的情況下，通過非對稱旁路技術可以使系統不停機運行。HD90的非對稱技術可以實現比傳統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，能夠在未知電機旋轉速度的狀況下啟動變頻器，變頻器自動進行頻率搜索，直至搜索到與電機實時旋轉頻率相符的頻率，此時變頻器輸出相應頻率，并控制電機旋轉至指定頻率，此技術能有效減少瞬間停電對生產的影響以及對電網的沖擊。

4.雙路控制電源

HD90控制系統采用雙電源供電，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，保證切換時平滑無擾動。

5.來電自啟動功能

電網瞬間跌落或波動時，系統可保證瞬間失電不跳閘，且在失電后5個周期內變頻器運行不受影響，超過5個周期變頻器自動降額運行，失電超過9s后變頻器停機，連續生產提高系統生產效率。

6.高可靠性器件

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

四、現場運行照片

圖五、現場變頻器室

圖六、變頻器運行照片
 

五、結束語

匯川技術的HD90系列高壓變頻器，采用單元級聯高—高結構，具備磁鏈閉環矢量控制國際領先技術，為風機水泵類負載提供了更優的選擇。現場應用實踐證明，HD90高壓變頻器完全滿足煤焦化廠引風機的要求。

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