摘 要 ：本文重點介紹了高壓變頻器在哈爾濱煉油廠儲運車間P433原油泵改造方案, 通過對其工作原理與主要技術(shù)特點的分析，并結(jié)合變頻調(diào)速具體應用，說明高壓變頻器應用對能源的節(jié)約與產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。 1、引言 　 變頻調(diào)速技術(shù)的成功出現(xiàn)，就以其優(yōu)異的性能代替了其他交流電機調(diào)速方式，乃至直流電機調(diào)速，而成為電氣傳動的主要方式。交流電機調(diào)速的目的主要有兩個，一是為了滿足生產(chǎn)工藝要求，二是為了達到節(jié)能降耗的目的，在儲運車間P433原油泵改造方案中，就將變頻器應用到該系統(tǒng)中。 2、改造前的工況 　　P433泵型號: 250AYSⅡ-150×2A; 　　額定流量: 472 m3/h; 　　額定揚程: 272m; 　　軸功率: 443kW; 　　效率: 79%; 　　額定轉(zhuǎn)速: 2950r/min ; 　　運行時出口壓力: 2.8MPa; 　　允許出口最小壓力: 2.1MPa。 　　配套電機型號: YB560S2－2; 　　額定功率: 560kＷ; 　　額定電壓: 6000Ｖ; 　　額定電流: 64.1Ａ; 　　額定轉(zhuǎn)速: 2967 r/min; 　　功率因數(shù): 0.89; 　　運行時電流: 39.1Ａ。 　　現(xiàn)場是通過調(diào)節(jié)泵出口閥門的開度，即改變管網(wǎng)阻力來調(diào)節(jié)流量，同時改變了出口壓力。根據(jù)泵的特性，調(diào)節(jié)出口閥門的開度，將使效率下降。若采用改變泵電機轉(zhuǎn)數(shù)，閥門全開，管網(wǎng)阻力曲線不變，降低水泵的揚程以減小流量，根據(jù)現(xiàn)場需要，允許出口最小壓力為2.1Mpa，允許最小流量為240t/h，在滿足此要求的基礎上進行調(diào)速，使泵效率在高效點運行，即變速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)時，泵從電網(wǎng)吸收功率要減少，因此采用變速調(diào)節(jié)，能把消耗在節(jié)流中的損耗省下來，達到節(jié)能的目的。 3、高壓變頻裝置原理及特點 　　變頻裝置采用多電平串聯(lián)技術(shù)，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6kV系列變頻裝置由18個功率單元構(gòu)成，每6個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相，如圖1所示。 　　功率單元的電路結(jié)構(gòu)及原理:每個功率單元由整流、濾波、逆變、旁通、驅(qū)動、保護、模擬量采集、PWM形成等電路組成。 　　輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組;這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近于1。 　　另外，由于變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，類似常規(guī)低壓變頻器。 　　輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設備的改造;同時，電機的諧波損耗也大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。 　　由于應用了先進的電力電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機拖動等綜合性領域的學科技術(shù)，因此變頻調(diào)速具有其它調(diào)速方式無法比擬的優(yōu)點: （1）變頻器采用液晶顯示數(shù)字界面，調(diào)整觸摸式面板，可隨時顯示電壓、電流、頻率、電機轉(zhuǎn)速等，可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態(tài); （2）精確的頻率分辨率和高的調(diào)速精度，完全可以滿足各種生產(chǎn)工藝工況的要求; （3）高壓變頻器具有國際通用的外部接口，可以同可編程控制器（PLC）和工控機等各種儀表相連，并可與原設備控制回路相連接，構(gòu)成部分閉環(huán)系統(tǒng)，如與原DCS系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和連鎖控制等; （4）具有就地和異地操作功能，另可通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能; （5）具有電力電子保護和工業(yè)電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時的安全可靠; （6）電機可實現(xiàn)軟啟動、軟制動，啟動電流小，小于電機的額定電流，電機啟動時間可連續(xù)可調(diào)，減少了對電網(wǎng)影響; （7）減少配件的損耗，延長設備的使用壽命，提高了勞動生產(chǎn)效率。 4、系統(tǒng)方案 4.1　改造前的系統(tǒng) 如圖2所示，改造前的系統(tǒng)為采用高壓開關設備直接控制高壓電機運行，通過調(diào)節(jié)閥門的開度來改變流量及閥門出口壓力。 4.2　改造后的系統(tǒng)方案 改造后的系統(tǒng)方案是采用高壓變頻調(diào)速裝置對電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，從而進行調(diào)節(jié)流量及閥門出口壓力。同時帶有旁路系統(tǒng)，當變頻器故障是可以打到旁路運行。其方案圖如圖3所示。 改造后，原有電機及基礎均不需要改變，原有高壓電纜可繼續(xù)使用。 5、變頻節(jié)能分析 　　根據(jù)流體力學原理，對于調(diào)速泵來說，有如下關系; 　　泵輸出流量的大小與所拖動的電機轉(zhuǎn)速的平方成正比; 　　泵消耗的功率大小與所拖動的電機轉(zhuǎn)速的立方成正比; 　　由于調(diào)速電機所拖動的泵的額定揚程為272m，如當輸送原油的管網(wǎng)壓力為2.1Mpa（相當揚程為210m），則可。 （1）計算出調(diào)速泵在調(diào)速運行中的最低轉(zhuǎn)速: r/min當管網(wǎng)壓力為2.1Mpa時，調(diào)速最低速為2592 r/min，此時泵輸出的流量為262.11 t/h，完全滿足現(xiàn)場要求240 t/h的要求。 （2）改造前作為恒速泵的原油泵消耗功率的計算: 　　泵工作時所需的軸功率=（介質(zhì)密度×重力加速度×流量×揚程）÷（1000×泵的效率）。 （3）改造后作為調(diào)速泵的原油泵進行輸送消耗功率的計算。 　　原油介質(zhì)密度按0.800t/m3（40℃）計算，電機的效率按92%計算。 　　改造前、后正常運行時泵消耗的功率（根據(jù)上面公式計算）如附表所示: 附表、系統(tǒng)改造前、后正常運行時泵消耗的功率 由此可見，將一臺原油泵拖動電機改為由變頻裝置調(diào)速運行后，一年可節(jié)約電費約55.74萬元。 6、結(jié)束語 　　高壓變頻調(diào)速控制作為一種新型的調(diào)速方法，其性能優(yōu)于其它調(diào)速方式，是現(xiàn)代化大型電廠廣泛采用的一種節(jié)能控制手段。變頻改造工程促進了企業(yè)經(jīng)濟效益的明顯提高，并且它以高性能、高可靠性和調(diào)節(jié)的靈活性以及操作的簡便性，贏得了運行人員的認可。