高壓大功率變頻“一拖二”技術(shù) 在空壓機(jī)上的應(yīng)用

　　1 引言

　　隨著工業(yè)領(lǐng)域智能化與信息化融合程度的不斷提高，對生 產(chǎn)用設(shè)備的智能化和信息化要求也日益提升。壓縮機(jī)作為一種 重要的動力提供裝置，其排氣量、功率、溫度等實(shí)時運(yùn)行狀態(tài) 對生產(chǎn)活動的有序進(jìn)行及安全性等都具有重要的作用。

　　壓縮機(jī)是一種利用電動機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使 壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備。新風(fēng)光根據(jù)空壓機(jī)的工藝特 點(diǎn)自主研發(fā)的空壓機(jī)專用變頻器，配套全面系統(tǒng)的空壓機(jī)專用 系統(tǒng)，其功能豐富、應(yīng)用靈活簡便、性能穩(wěn)定、調(diào)試方便快捷 等優(yōu)點(diǎn)得到客戶廣泛認(rèn)可。

　　2 用戶情況

　　河北某新型材料公司主要生產(chǎn)丙烯、丙烷等化工品，其使 用的壓縮機(jī)，原為工頻啟動，每次啟動壓縮機(jī)都是重載啟動， 啟動起來十分不容易，同時還給工藝上帶來很大隱患，比如噪 音大，啟動電流大，影響設(shè)備壽命、壓力突變等。另外，由于 負(fù)載的波動性較大，電機(jī)很少在滿載情況下運(yùn)行，僅依靠關(guān)出 口閥、打回流來調(diào)節(jié)流量，浪費(fèi)嚴(yán)重，能耗較高。為解決這一 系列問題，經(jīng)過全面分析與方案論證，河北某新型材料公司決 定采用新風(fēng)光生產(chǎn)的高壓變頻器對壓縮機(jī)電機(jī)進(jìn)行變頻改造。 廠區(qū)現(xiàn)場如圖1所示。

　　空壓機(jī)現(xiàn)場如圖2所示。拖動電機(jī)參數(shù)如表1所示。

　　經(jīng)過多方對比，用戶最終選擇了新風(fēng)光電子科技股份有 限公司生產(chǎn)的JD-BP38-7200FF1M大功率高壓變頻器，軟啟動 6500kW的空壓機(jī)電機(jī)，采用“一拖二”自動切換方案。

　　3 風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

　　風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器榮獲“中國名牌”稱號，新 風(fēng)光公司是國家高新技術(shù)企業(yè)，生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38系列高

圖 1 河北某新型材料公司廠區(qū)

圖 2 空壓機(jī)電機(jī)負(fù)載現(xiàn)場

表 1 電機(jī)基本參數(shù)

　　壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度傳感器矢量控制 技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其

表 2 JD-BP38-7200FF1M 高壓變頻器主要技術(shù)指標(biāo)

　　諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEEE519-1992的諧波標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高， 輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝 置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈 動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異 步電機(jī)。

　　(1)JD-BP38-7200FF1M高壓變頻器技術(shù)指標(biāo)

　　JD-BP38-7200FF1M高壓變頻器技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

　　(2)JD-BP38-7200FF1M高壓變頻器技術(shù)特點(diǎn)

　　具體來說，新風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通高壓變頻器 的性能外，還具有以下突出特點(diǎn)：

　　· 高性能矢量控制，啟動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)快，調(diào)速 精度高，帶負(fù)載能力強(qiáng)，提高設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性;

　　· 振蕩抑制技術(shù)，采用優(yōu)越的電流算法，有效地抑制輕載 電機(jī)電流的振蕩，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作;

　　· 快速飛車啟動技術(shù)，特別適用于(如水泥廠高溫風(fēng)機(jī)) 變頻保護(hù)后的重新啟動，可實(shí)現(xiàn)變頻器在0.1s之內(nèi)從保護(hù)狀態(tài) 復(fù)位重新帶載運(yùn)行;

　　· 電網(wǎng)瞬時掉電重啟技術(shù)，電網(wǎng)瞬間掉電可自動重啟，可 提供最長60s的等待時間;

　　· 線電壓自動均衡技術(shù)。變頻器某相有單元故障后，可保 證最大的線電壓均衡輸出;

　　· 工、變頻無擾切換技術(shù)，該技術(shù)可滿足多電機(jī)綜合控制 及大容量電機(jī)軟啟動的需要;可以實(shí)現(xiàn)大容量電機(jī)雙向無擾動 投切，能有效保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行;

　　· 輸出電壓自動穩(wěn)壓技術(shù)，變頻器實(shí)時檢測各單元母線電 壓，根據(jù)母線電壓調(diào)整輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)自動穩(wěn)壓功能;

　　· 故障單元熱復(fù)位技術(shù)，若單元在運(yùn)行中故障，且變頻器 對其旁路繼續(xù)運(yùn)行，此時可在運(yùn)行中對故障單元進(jìn)行復(fù)位，不 必等變頻器停機(jī);

　　· 多種控制方式，可選擇本機(jī)控制、遠(yuǎn)控盒控制、DCS控 制，支持MODBUS、PROFIBUS等通訊協(xié)議，頻率設(shè)定可以現(xiàn) 場給定、通訊給定等，支持頻率預(yù)設(shè)、加減速功能;

　　· 單元直流電壓檢測：實(shí)時顯示檢測系統(tǒng)的直流電壓，從 而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的 精度，提升系統(tǒng)控制性能，并可使保證運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對功 率單元運(yùn)行狀況的全面把握;

　　· 單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù)，可以將其使用 壽命提高1倍;

　　· 具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能。如果由于設(shè)備原因及其他 原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功 能，將會導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時能夠立即封 鎖變頻器輸出，保護(hù)設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生;

　　· 限流功能：當(dāng)變頻器輸出電流超過設(shè)定值，變頻器將自 動限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負(fù)載突然變 化而引起的過流保護(hù)，最大限度減少停機(jī)次數(shù);

　　· 故障自復(fù)位功能：當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變造成單元或是 整機(jī)過電流保護(hù)時，可自動復(fù)位，繼續(xù)運(yùn)行。

　　4 變頻改造方案

　　(1)改造控制方案

　　新風(fēng)光結(jié)合用戶現(xiàn)場工況，提供一套型號為JD-BP38- 7200FF1M大功率高壓變頻器，變頻器采用功率單元級聯(lián)技 術(shù)，包括功率柜、控制柜、切換柜等。該系統(tǒng)通過一臺高壓變 頻電機(jī)分時驅(qū)動兩臺壓縮機(jī)，利用變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動和工頻切 換，從而控制壓縮機(jī)的輸出，滿足不同工況需求。

　　(2)高壓變頻器主回路控制方案

　　根據(jù)現(xiàn)場要求，空壓機(jī)采用“一拖二”運(yùn)行方式，其一次

　　電路如圖3所示。

　　現(xiàn)場使用空間受限，本次設(shè)計(jì)變頻軟啟動裝置具備靈活設(shè) 計(jì)，變頻軟啟動裝置可以按照用戶需求實(shí)現(xiàn)選擇任一臺空壓機(jī) 啟動，啟動后電機(jī)自動無擾切換到工頻運(yùn)行，之后再啟動下一 臺電機(jī)運(yùn)行，當(dāng)變頻軟啟動裝置啟動過程故障時，可以應(yīng)客戶 實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)工頻或者工頻直啟。

　　5 變頻改造效果

　　河北某新型材料公司空壓機(jī)采用變頻改造后，改造達(dá)到了 預(yù)期目的。該高壓變頻器現(xiàn)場如圖4所示。

　　變頻器拖動空壓機(jī)在空載情況下進(jìn)行軟啟，在達(dá)到50Hz 后，通過“無擾切換”功能，把空壓機(jī)由變頻狀態(tài)轉(zhuǎn)為工頻狀 態(tài)，電機(jī)無負(fù)載啟動時電流87A，在切換時，觀察開關(guān)柜在轉(zhuǎn) 工頻時電流最大為95A，解決了現(xiàn)場轉(zhuǎn)工頻瞬間沖擊電流過大 的問題。轉(zhuǎn)工頻瞬間電流變化波形如5所示。

　　新風(fēng)光高壓變頻器運(yùn)行后，經(jīng)過反復(fù)測試，各運(yùn)行參數(shù)一 直正常，安全可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

　　(1)節(jié)能降耗：采用變頻驅(qū)動，通過電機(jī)調(diào)速進(jìn)行節(jié) 能， 電機(jī)啟動時對設(shè)備的機(jī)械沖擊減小，維護(hù)工作量大幅下 降，整體運(yùn)行成本大幅降低。

　　(2)精準(zhǔn)控制：變頻器具備精確的壓力控制功能，可根 據(jù)客戶生產(chǎn)工藝的氣量需求實(shí)時調(diào)整壓縮機(jī)的壓力輸出，保證 匹配度。

　　(3)節(jié)省設(shè)備：變頻器一拖二驅(qū)動方案，實(shí)現(xiàn)一臺變頻 器驅(qū)動兩臺壓縮機(jī)，節(jié)省空間和成本。通過使用變頻器啟動相 對其他軟起動方案，啟動電流相小，減小了占網(wǎng)容量(占網(wǎng)容 量費(fèi)可以按照23.3元/1kVA計(jì)算)，節(jié)省了投資成本。

　　(4)可靠性高：壓縮機(jī)通過變頻驅(qū)動實(shí)現(xiàn)軟啟、軟停， 大幅減少啟動停止過程對設(shè)備的機(jī)械沖擊，提高系統(tǒng)可靠性， 延長壓縮機(jī)壽命。

　　6 結(jié)語

　　綜合看來，河北某新型材料公司空壓機(jī)采用新風(fēng)光公司 高壓變頻器進(jìn)行改造，解決了空壓機(jī)的啟動難題，降低了投資 成本，與多數(shù)廠家使用加電抗器柜抑制切換瞬間的電流的方案 相比，本方案通過算法及控制優(yōu)化實(shí)現(xiàn)無擾切換功能，具備一 定的技術(shù)優(yōu)勢，對保證全廠生產(chǎn)的正常順利運(yùn)行起著重要的作 用，在類似場合應(yīng)用中具有借鑒意義。

圖 3 “一拖二”控制框圖

圖 4 高壓變頻器現(xiàn)場圖

圖 5 變頻轉(zhuǎn)工頻電流變化波形圖