高壓變頻裝置在轉(zhuǎn)爐煤氣加壓站的應(yīng)用

邯鋼熱力廠轉(zhuǎn)爐煤氣加壓站設(shè)計有三臺轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機(jī)，前期安裝兩臺1#、2#機(jī)，互為備用，預(yù)留3#機(jī)。正常情況下1#、2#機(jī)變頻啟動運行，變頻故障情況下1#、2#機(jī)工頻運行。1#、2#機(jī)電機(jī)型號為yaksp500-2-850（10kv），電機(jī)功率為850kw，電機(jī)額定電壓為10kv，加壓機(jī)的額定流量1000m³/min，由于全天各個時間段電價的不同、各用戶用氣量變化較大的因素及各用戶對煤氣質(zhì)量的要求，如果通過調(diào)節(jié)煤氣回流閥和加壓機(jī)出口閥的開度來調(diào)節(jié)供氣量，將導(dǎo)致大量電能消耗在閥門上，考慮到上述因素，因此決定采用變頻器控制加機(jī)壓啟動運行。

2 jzhicon-1a-10/075型高壓變頻裝置的原理

2.1設(shè)備選型

由于變頻調(diào)速在節(jié)能、調(diào)速 精度、調(diào)速范圍等方面具有同其它調(diào)速裝置無法比擬的優(yōu)越性，并且可以方便實現(xiàn)同自動化控制系統(tǒng)的通訊。經(jīng)過考察和研究，決定使用哈爾濱九洲電氣股份有限公司變頻裝置分別帶1#、2#機(jī)運行。加壓機(jī)配套電機(jī)850kw/10kv，為了保證設(shè)備的穩(wěn)定運行，選擇了比電機(jī)容量大一個等級的變頻器，配套哈爾濱九洲電氣股分有限公司1250kw/10kv高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。

2.2 jzhicon-1a-10/075型高壓變頻裝置的工作原理

jzhicon-1a-10/075型高壓變頻裝置主要由主回路、功率單元和控制系統(tǒng)組成。

（1） 主回路

jzhicon-1a-10/075高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開關(guān)元件為igbt。由于igbt耐壓所限，無法直接逆變出10kv，且因開關(guān)頻率高、均壓難度大等技術(shù)難題無法完成直接串聯(lián)。jzhicon-1a變頻器采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術(shù)，因而具有很高的可靠性。三相輸出為y接，得到驅(qū)動電機(jī)所需的可變頻三相高壓電源。

隔離變壓器為三相干式整流變壓器，風(fēng)冷，有使用壽命長、免維護(hù)等優(yōu)點。變壓器原邊輸入可為任意電壓，y接；副邊繞組數(shù)量10kv系列為24個，延邊三角形接法，為每個功率單元提供三相電源輸入。由于為功率單元提供電源的變壓器副邊繞組有一定的相位差，從而消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流，所以jzhicon-1a變頻器輸入電流的總諧波含量（thd）遠(yuǎn)小于國家標(biāo)準(zhǔn)5％的要求，并且能保持接近1的輸入功率因數(shù)。

（2） 功率單元

功率單元原理見附圖，輸入電源端r、s、t接變壓器二次線圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供給由igbt組成的單相h形橋式逆變電路。

附圖 功率單元主電路圖

功率單元通過光纖接收信號，采用空間矢量正弦波脈寬調(diào)制（pwm）方式，控制igbt q1～q4的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。每個單元僅有三種可能的輸出電壓狀態(tài)，當(dāng)q1和q4導(dǎo)通時，l1和l2的輸出電壓狀態(tài)為1；當(dāng)q2和q3導(dǎo)通時，l1和l2的輸出電壓狀態(tài)為-1；當(dāng)q1和q2或者q3和q4導(dǎo)通時，l1和l2的輸出電壓狀態(tài)為0。

功率單元具有旁路功能。當(dāng)某個單元發(fā)生熔斷器故障、過熱和igbt故障而不能繼續(xù)工作時，該單元及其另外兩相相應(yīng)位置上的單元將自動旁路，此時q1—q4封鎖輸出，可控硅k導(dǎo)通，以保證變頻器連續(xù)工作，并發(fā)出旁路告警，單元旁路時，變頻器因運行單元數(shù)量減少，額定輸出電壓能力將降低。

（3） 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由控制器（包括三塊光纖板，一塊信號板和一塊主控板），plc和工控機(jī)組成。光纖板通過光纖與功率單元傳遞數(shù)據(jù)信號，每塊光纖板控制一相的所有單元；信號板采集變頻器的輸入電壓、電流和輸出電壓、電流信號，并將模擬信號隔離、濾波和量程轉(zhuǎn)換；主控板采用高速單片機(jī)，完成對電機(jī)控制的所有功能，運用正弦波空間矢量方式產(chǎn)生脈寬調(diào)制的三相電壓指定。工控機(jī)為用戶提供友好的全中文winnt監(jiān)控和操作界面，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、信息處理和與外部的通訊聯(lián)系；plc用變頻器內(nèi)部開關(guān)信號以及現(xiàn)場操作信號和狀態(tài)信號的邏輯處理，增強(qiáng)了變頻器現(xiàn)場應(yīng)用的靈活性。

變頻控制分開環(huán)和閉環(huán)控制（恒壓供氣）兩種，加壓站的運行方式為閉環(huán)運行，可以選擇上位控制和本地控制。上位控制是變頻器與上位機(jī)通過rs485電纜連接，采用modbus通訊，實時監(jiān)視變頻器的狀態(tài)。通過上位機(jī)可以修改變頻器的某些參數(shù)，還可以通過上位機(jī)對變頻器進(jìn)行加、減操作。本地控制是用戶可以直接利用工控機(jī)的軟件界面對變頻器進(jìn)行操作。

3 設(shè)備運行情況及運用變頻器后的優(yōu)越性

變頻系統(tǒng)安裝、調(diào)試在2005年8月份完成并開始運行。通過變頻可以減少工作人員的工作量、保護(hù)管道、節(jié)省電耗，在選型及可行性認(rèn)證中加壓站投入了比較大的精力。

4 結(jié)束語

高壓變頻裝置其節(jié)能效果明顯，采用變頻調(diào)速后，實現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動，延長了電機(jī)的壽命，減少了對引水管路的沖擊，同時出口閥門全開，減少了對管道的震動和磨擦，為我廠創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

作者簡介

李占濱（1972-） 男 工程師 現(xiàn)任熱力廠電氣車間主任助理。