关键词：变频调速、软启动、节能减排

摘要：本文着重介绍汇川技术HD90两象限高压变频器在陕西神木某煤焦化厂引风机的上的应用。罗茨风机采用变频调速后，与之前传统水阻柜启动、手动阀门调节流量方式相比，在操作性、可靠性及维护性上有了很大的改善和提高，与此同时，在对电网零冲击的前提下，还具有显著的节能效果。

一、概述

陕西某煤焦化厂成立于2011年10月份，现共有八台碳化炉，生产兰炭、煤焦油、焦末、面煤等。原引风机系统有五台280kW罗茨风机，安装在初冷器之前，风机对初冷器中的煤气进行抽取，工艺上要保证初冷器内维持120Pa压力，则引风机需要调速，原系统采用风机出口阀门调节。

炼焦过程是炼焦煤在炭化室经过干燥、热解、半焦化胶体和固化收缩等阶段。在常温~150℃的温度变化内，煤表面的水分、吸附在煤中的二氧化碳、甲烷等析出。随着温度的继续升高，进入软化熔融阶段，煤大分子侧链断裂和分解，产生含有甲烷、一氧化碳、化合水及焦油蒸汽等热分解产物。当温度达到350℃~550℃时，进入半焦至焦碳阶段中，随着焦质致密、缩聚，氢大量的产生。在炭化室炼焦的特定条件下，上述初次分解的产物，通过赤热的半焦及焦碳层到达炉墙边，然后沿着高温的炉墙与焦碳之间的空隙到达炉顶空间。

图一、煤焦化工艺流程图

二、方案介绍

改造之前，电机采用水阻柜进行软启动，风机采用人工调节阀门调节流量。水阻柜适用于额定电压为3~10KV大、中型同步或异步电动机的软起动。在静态工作条件下，与电抗器性能相同;在动态工作条件下，可实现无级的连续起动。由于其利用液体电阻的负温度特性，使电机的端电压逐步上升，起动转矩也逐步增加，因而电机起动比较平稳，但水阻柜的寿命短，定期需要维护，成本高。原系统是在初冷器的出口处设置手动阀门用人工调节，在调节阀门的开度的过程，响应性和精度上都很难达到工艺要求。为满足生产工艺的要求和节能，对现场四台280kw电机进行变频改造。

2.1一次接线图

现在总共有四台高压变频器，其实一台采用一拖二手动旁路控制方案，其他三台采用一拖一手动旁路控制方案。

1、一拖二手动控制方案

图二、一拖二方案一次接线图

现场有两台280kw的电机采用一拖二手动旁路控制方案，即一用一备。旁路柜一、二柜内均安装有3只刀闸，分别隔离变频器、高压侧电源、电动机。正常运行时，QS1、QS2闭合，QS3、QS4、 QS5、 QS6断开，电机M1采用变频器运行方式。当变频器有故障不能运行时，QS3闭合，QS1、QS2、QS4、 QS5、 QS断开，电机M1采用工频运行方式。QS1、QS3不能同时闭合，机械互锁。同样操作方式，工变频启动电机M2。旁路柜一、二之间存在电气互锁，即旁路柜QS1、QS2闭合时，QS4无效。高压变频器与用户上级进线柜进行联锁，变频器故障同时跳开上级进线柜开关，及时保护变频器。同时，合闸允许上级进线柜送高压，使电机工频运行，保证生产的连续性。

2、一拖一手动控制方案

图三、一拖一方案一次接线图

现场共有三台280kw的电机分别采用一拖一手动旁路控制方案，正常运行时，QS1、QS2闭合，QS3断开，电机采用变频器运行方式。当变频器有故障不能运行时，QS3闭合，QS1、QS2断开，采用工频运行方式。QS1、QS3不能同时闭合，机械互锁。

2.2 汇川技术HD90系列高压变频器改造优势

1、软启动。延长电机及负载的使用寿命：变频改造真正实现了电机及负载的软启动，减少了冲击，能够有效延长其使用寿命。

图四、软启动电流波形采样

2、易操作。变频器具备远程及本地两种操作方式，能够自由切换，操作方便简单，且配备了旁路柜，方便检修作业。

3、噪声低。变频改造后，电机噪声明显降低，改善了工人的作业环境。

4、谐波小。汇川HD90系列高压变频器采用单元级联型，10kV产品为48脉冲整流，对电网谐波污染小于国家标准。

5、效率高。提高功率因数，无需无功补偿装置。

三、现场节电率

变频器改造中，保留了原先水阻柜，以便在变频器故障时，能够保证电机工频软启运行。生产运行时，变频器的输出频率在40Hz上下变动，风机阀门全开。现场以放电机一(一拖一控制)实际运行为例，工况如下：

计算节能效果如下：

工频运行时，电机的输出功率：

变频器运行时，电机的输出功率：

据实际检测本系统节能在21.01%，四台变频器年节约电费一百万左右，不到一年即可收回投资，取得了非常好的经济效益。

四、汇川技术HD90高压变频器技术优势

1.矢量控制技术

HD90系列高压变频器具备矢量控制技术，基于电机d-q轴数学方程式解析，对电机定子电流解耦成励磁分量电流和转矩分量电流，并分别加以控制，以达到模拟自然解耦的直流电动机的控制效果。

2.非对称旁路技术

HD90系列高压变频器采用单元级联方式，当其中某个单元出现故障后，在单元配备旁路功能(可选)的情况下，通过非对称旁路技术可以使系统不停机运行。HD90的非对称技术可以实现比传统旁路方案更高的电压输出幅值。

3.飞车启动功能

HD90系列高压变频器具备飞车启动功能，能够在未知电机旋转速度的状况下启动变频器，变频器自动进行频率搜索，直至搜索到与电机实时旋转频率相符的频率，此时变频器输出相应频率，并控制电机旋转至指定频率，此技术能有效减少瞬间停电对生产的影响以及对电网的冲击。

4.双路控制电源

HD90控制系统采用双电源供电，控制电源失电后可正常工作;一路由用户提供，一路由高压变压器绕组降到380v。两路电源切换电路采用储能电容，保证切换时平滑无扰动。

5.来电自启动功能

电网瞬间跌落或波动时，系统可保证瞬间失电不跳闸，且在失电后5个周期内变频器运行不受影响，超过5个周期变频器自动降额运行，失电超过9s后变频器停机，连续生产提高系统生产效率。

6.高可靠性器件

核心器件IGBT、整流二极管、高品质电容、主控制芯片ARM、DSP、FPGA等均选用高品质器件，保证了运行的高可靠性，生命周期长。

四、现场运行照片  图五、现场变频器室

图五、现场变频器室

图五、现场变频器室

图六、变频器运行照片

五、结束语

汇川技术的HD90系列高压变频器，采用单元级联高—高结构，具备磁链闭环矢量控制国际领先技术，为风机水泵类负载提供了更优的选择。现场应用实践证明，HD90高压变频器完全满足煤焦化厂引风机的要求。

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