中壓變頻器V/F曲線頻率與電壓調(diào)整節(jié)能應(yīng)用

楊春華

摘要：欽州天億石化有限公司成立于2017年1月10日，位于欽州港金谷石化產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，現(xiàn)有員工200人，一期投資建設(shè)液化氣綜合利用15萬噸MTBE裝置，10萬脫氫裝置，15萬噸異構(gòu)裝置，項(xiàng)目點(diǎn)占地200畝，總投資5億元人民幣;主要產(chǎn)品有MTBE，異丁烷等。企業(yè)總用電負(fù)荷達(dá)到10MW，廠內(nèi)最大的一臺(tái)設(shè)備3400KW，每月耗電量較大，占企業(yè)成本開支比重相對(duì)大;自國(guó)家推行產(chǎn)業(yè)節(jié)能政策以來，國(guó)家對(duì)企業(yè)能耗管理越來越重視，相關(guān)政策不斷出臺(tái);節(jié)約能源對(duì)企業(yè)也是一種效益，減少企業(yè)成本，為此設(shè)備工程師對(duì)很多重要能耗設(shè)備通常采取變頻控制，以達(dá)到節(jié)能目的，國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)變頻控制要求精要求越來越高。

關(guān)鍵詞：變頻器;調(diào)整;節(jié)能

一、概述

隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展，中壓變頻器使用越來越普遍;中壓變頻器大家都公認(rèn)是節(jié)能產(chǎn)品，使用不但調(diào)控方便，還可產(chǎn)生節(jié)能效益，但如果使用不當(dāng)，節(jié)能效果將大打節(jié)扣。本論文將通過實(shí)際節(jié)能操作案例，通過調(diào)整中壓變頻器輸出電壓，改變頻器在不同頻率狀態(tài)下運(yùn)行曲線以達(dá)到提升變頻性能從而達(dá)到節(jié)能目的。本文將對(duì)中壓變頻節(jié)能控制性能進(jìn)行論述，如何將設(shè)備性發(fā)揮到極致，為公司創(chuàng)造更好效益。首先帶領(lǐng)大家對(duì)中壓變頻器性能特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)了解，只有詳細(xì)了解設(shè)備才能更好使用設(shè)備，當(dāng)然客戶選用設(shè)備時(shí)還要選用一款國(guó)內(nèi)外知名的變頻廠家品牌使用，技術(shù)實(shí)力較差的廠家可能產(chǎn)品性能難以保證。

二、品牌中壓變頻器性能特點(diǎn)：

1、變頻器高可靠性：

中壓變頻器關(guān)鍵器件選用國(guó)際知名廠家的高品質(zhì)器件，執(zhí)行高標(biāo)準(zhǔn)器件降額設(shè)計(jì)。如選用了1700V高壓IGBT，EBM風(fēng)扇等;專利設(shè)計(jì)的變壓器，可利用控制電源通過變壓器自身繞組對(duì)功率單元充電，減少合閘時(shí)對(duì)變壓器的沖擊;控制電源三級(jí)冗余，保證變頻器不間斷工作，系統(tǒng)掉電時(shí)控制參數(shù)和故障信息可靠保存;能夠適應(yīng)適應(yīng)惡劣的輸入電壓波動(dòng)，可以在+15%～-45%輸入電壓范圍內(nèi)工作;具有瞬間掉電不停機(jī)功能，在輸入電源發(fā)生瞬時(shí)降壓或停電的情況，變頻器不停機(jī)。在電源電壓恢復(fù)后立即重新加速，并恢復(fù)原狀;獨(dú)特的散熱、防塵設(shè)計(jì)，最高工作環(huán)境溫度可達(dá)55℃;主控系統(tǒng)采用三核控制架構(gòu)，運(yùn)算速度快，抗干擾能力強(qiáng);主控與功率單元采用塑料光纖通訊，高速而可靠;主回路大容量設(shè)計(jì)，可達(dá)到180%的過載能力;產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿足比IEC標(biāo)準(zhǔn)要求更為苛刻的指標(biāo)，能夠在海拔高度至1000m 的高原環(huán)境輸出10kV額定電壓;具有過壓、過流、過載、欠載等完善的保護(hù)功能;通過了CE 認(rèn)證和“國(guó)家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心” 10kV/1000kW以上容量輸出高壓變頻器型式試驗(yàn);中壓變頻器采用模塊組合工作模式，經(jīng)過濾波處理后，輸出接近正弦波，諧波少，對(duì)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行有好處。

2、變頻器高性能：

具有無速度傳感器/有速度傳感器控制模式，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制和閉環(huán)控制切換;控制精度高，速度控制精度可達(dá)0.05%，調(diào)速范圍1：100，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)小于150ms，轉(zhuǎn)矩控制精度±3%;

能夠?qū)崿F(xiàn)無障礙飛速啟動(dòng)，快速準(zhǔn)確停機(jī)，加速曲線可設(shè)置為S加減速;具有直流制動(dòng)，勵(lì)磁制動(dòng)功能，能夠快速實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，快速準(zhǔn)確停機(jī);能夠自動(dòng)辨識(shí)電機(jī)參數(shù);內(nèi)置閉環(huán)控制（PID）功能;

3、變頻器高效率：

48/30脈沖整流，輸入電流為正弦波，無需輸入濾波;功率因數(shù)大于0.96，無需要功率補(bǔ)償;通過空間矢量和注入諧波分量，提高直流電壓利用率同時(shí)改善輸出波形質(zhì)量;輸出接近正弦波，達(dá)到IEEE-519（1992）所規(guī)定的高次諧波電流輸出限制標(biāo)準(zhǔn)，無需輸出濾波，輸出電纜長(zhǎng)度幾乎沒有限制;專利的變壓器設(shè)計(jì)，更低的銅損和鐵損，整機(jī)效率高達(dá)97%;

4、變頻器易調(diào)試

具備調(diào)試模式，在不連接高壓輸入情況下利用380V低壓電通過輸入移相變壓器的輔助繞組升至10KV，進(jìn)行主功率的空載調(diào)試;強(qiáng)大的后臺(tái)調(diào)試軟件可大大縮短調(diào)試時(shí)間;輸出輸出端子可編程，能夠方便的實(shí)現(xiàn)用戶要求的功能;

三、新技術(shù)在中頻變頻器應(yīng)用

①、雙核控制器設(shè)計(jì)，系統(tǒng)更可靠中壓變頻器主控制板采用2塊DSP加1塊FPGA作為主控制芯片：一片DSP實(shí)現(xiàn)邏輯控制，另一片實(shí)現(xiàn)算法控制，兩片主控制芯片通過雙口RAM實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。控制系統(tǒng)邏輯運(yùn)行和算法控制獨(dú)立完成，其運(yùn)算速度更快，抗干擾能力更強(qiáng)。

②、更寬的電壓工作范圍中壓變頻器對(duì)電網(wǎng)電壓在±10%范圍內(nèi)波動(dòng)，變頻器能滿載輸出;電網(wǎng)電壓短時(shí)下降至額定電壓的55%時(shí)，可繼續(xù)降額運(yùn)行，不進(jìn)行保護(hù)。

③、變壓器輔助繞組專利化設(shè)計(jì)

中壓變頻器通過變壓器自身專利化設(shè)計(jì)的380V輔助繞組，利用控制電源對(duì)功率單元先預(yù)充電，預(yù)充電完成后再合閘主電源，可減少合閘時(shí)對(duì)變壓器的沖擊，大大提高了變壓器的使用壽命。另外利用此繞組在只通控制電源情況下就可以對(duì)變頻器功率回路進(jìn)行空載調(diào)試，大大簡(jiǎn)化了調(diào)試過程。

④、更可靠控制電源冗余設(shè)計(jì)

中壓變頻器控制回路采用一路現(xiàn)場(chǎng)提供控制電源AC380V，一路專門設(shè)計(jì)的變壓器輸出電源AC380V，實(shí)時(shí)冗余熱備份，兩路控制電源之間無切換時(shí)間。只要主電源存在變頻器就會(huì)保持持續(xù)工作，不會(huì)因控制電源掉電而停機(jī)。當(dāng)控制電源和高壓主電源均掉電后，系統(tǒng)仍然能夠通過超級(jí)電容供電保證變頻器安全停止，最大限度提高系統(tǒng)的可用性。

四、實(shí)施案例

天億石化工廠有一臺(tái)3400KW電機(jī)，負(fù)載為離心壓縮機(jī)，平常在40-45HZ之間調(diào)控，表現(xiàn)有轉(zhuǎn)矩不足，電流偏高缺陷。控制配套變頻器采用艾默生中壓變頻器。工廠電氣工程師在了解中壓變頻器具體性能后，選擇對(duì)中壓變頻輸出電壓進(jìn)行調(diào)整（調(diào)整V/F曲線），達(dá)到調(diào)整轉(zhuǎn)矩特性，以達(dá)到最佳節(jié)能效果;本次針對(duì)負(fù)載特性，把V/F電壓3調(diào)到90%，V/F3頻率調(diào)到日常運(yùn)行頻率43.69Hz，提高日常運(yùn)行頻率下性能曲線。電氣工程師分別對(duì)調(diào)整前后進(jìn)行記錄對(duì)比。變頻器參數(shù)調(diào)整前日常運(yùn)行工況監(jiān)控屏幕參數(shù)記錄如下圖1：

調(diào)整前圖中顯示，輸入電流183.5A（選L2相進(jìn)行論述）;輸出電流222.4A（對(duì)應(yīng)按V相論述）;輸入電壓10.19KV（L2L3相）;輸出電壓8.67KV（對(duì)應(yīng)VW相）;運(yùn)行頻率43.69Hz。

經(jīng)過參數(shù)調(diào)整后，運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控屏幕變成下圖2顯示的參數(shù)，

調(diào)整后圖中顯示，輸入電流174.2A（對(duì)L2相）;輸出電流204.7A（對(duì)應(yīng)V相）;輸入電壓10.15KV（L2L3相）;輸出電壓8.98KV（VW相）;運(yùn)行頻率43.69Hz。

通過上面兩張載圖，可以發(fā)現(xiàn)運(yùn)行頻率同樣是43.69Hz;輸入電壓相差值為：0.04KV（屬于電網(wǎng)電壓波動(dòng)），輸出電壓相差值為：0.31KV（扣除電網(wǎng)電壓波動(dòng)0.04KV（約12.9%），最終值選為：0.27KV）;輸出電流相差值為：17.7A，如果扣除相應(yīng)電網(wǎng)波動(dòng)影響12.9%則得值15.4A，輸入電流相差值為：9.3A，扣除電網(wǎng)波動(dòng)12.9%，實(shí)采用值為：8.1A。

根據(jù)上述運(yùn)行參數(shù)，依據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T電價(jià)可計(jì)算出節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益如下（功率因數(shù)取0.96，變頻器功率因數(shù)）：

有功功率=I×U×cosφ=8.1×10.15×0.96=78.93KW;

每天24小時(shí)可節(jié)能：

78.93×24=1894.32KWH;

每年可節(jié)能（按8000小時(shí)計(jì)算）：

78.93×8000=631440KWH;

按當(dāng)?shù)貙?shí)際電價(jià)0.67元度電主算，經(jīng)濟(jì)效益：

631440×0.67=423064.80元;

五、總結(jié)

綜上所述企業(yè)從該項(xiàng)整改中每年可收益42萬多元，節(jié)能效果明顯，同時(shí)改變了變頻運(yùn)行性能，值得廣大用戶推廣。經(jīng)過向兄弟單位天恒石化推行使用，每天可增加產(chǎn)能50噸，每年可產(chǎn)生5百萬以上元效益，由于效益顯著，公司也對(duì)個(gè)人進(jìn)行2萬元嘉獎(jiǎng)。

參考文獻(xiàn)

[]行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DLT593-2006 高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求

[2]行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DLT994-2006 火電廠風(fēng)機(jī)水泵用高壓變頻器