西门子变频器在焦化高压氨水泵中的应用

摘要：根据焦化工艺要求，焦炉在炼焦过程中，随时需要高压氨水做消烟除尘用，在过去一般是用改变阀门来调节氨水流和压力。现将变频器应用于氨水供给系统中，根据工艺要求的流量和压力来调节电机速度来控制流量压力，达到节能目的，而且该系统可以应用于一般风机泵类电机的控制
关键词：变频器 调速 焦化 高压氨水泵

前言：焦化厂回收系统有两台高压氨水泵，平时操作麻烦，特别是开一台泵不够，加一台开又多余时，白白浪费了大量电能，无法很好满足生产操作要求如果两台高压氨水泵电路同时发生故障时，会使管网产生剧烈振动，同时消烟装煤过程中产生不了负压，从而浪费大量煤气并会产生大量荒煤气污染环境。因此，为了避免发生此类事故和使用方便，我们对这套系统进行了变频改造。

原来的控制方式是单一的市电供电，电机转速不变，靠人工开启阀门来控制高压氨水的流量，原始控制方式如图1所示：



根据工艺提出的要求：
1、两台水泵，可以工频运行，也可以变频自动、手动运行，工变频必须互锁控制。采用两台变频运行完全可以达到节能目的。
2、为确保上述工艺要求，控制、保护、检测回馈等力求集中于一个控制柜中。
改造后的控制方式如图2所示：



系统的构成：
电机所带负载是高压氨水泵，而泵类、风机等是简单负载，所选变频器与电机容量相当即可。我们选择西门子Micromaster 430 变频器，电机选择普通三相异步电动机，型号为Y25OM-1，功率55KW。
在电网与变频器之间，必须安装隔离开关确保设备维修时的人身安全；在变频器前必须安装过流保护的断路器，避免后级设备故障造成的故障范围扩大；接触器用于供电控制，不用于来控制变频器的上下电；由于变频器的输入电源容量为1250KVA，为了防护电源对变频的影响，提高功率因素、抑制高次谐波，系统配置直流电抗器；由于变频器控制柜到电机电缆比较长，为了避免电机绝缘损坏、漏电流过大和变频器频繁保护，系统选用了交流输出电抗器；变频器出端再使用一个隔离开关是为了转换工频及日常维护时摇电机绝缘的需要；制动方式为自由制动，具体电路如图3所示。


变频器内的参数有上百个，其实大多数可不变动，只要按出厂值就可，只要把使用时原出厂值不合适的予以重新设定就可，例如外部端子操作、模拟量操作、基底频率、最高频率、上限频率、下限频率、启动时间、制动时间(及方式)、热电子保护、过流保护、载波频率、失速保护和过压保护等是必须要调正的。当运转不合适时，再调整其他参数。

使用变频器注意事项：
1：水泵转速调节范围不宜太大，通常不低于额定转速的50％，当转速低于50％水泵本身效率明显下降。在调频时应避开泵机组的机械共振效率，否则将损坏泵机组。
2、当电动机由变频切换至工频电网运行时，必须延时5s以上进行定速运行后接触器才自动合闸，以防操作过电压。
3、当电动机由工频电网切换至变频变频器供电运行时，必须延时10s后接触器再闭合，以防止电动机高速产生感应电势损坏电子器件。
4：变频器使用环境温度不应太高，特别是长期运行的水泵，可能损坏功率模块。

使用变频器的优点：
1：能够节省大量的电能，在使用变频器之前，泵类只能靠阀门来控制流量，而使用变频器后可以通过调整频率可以改变泵的转速，达到了改变流量的目的，同时使用变频器可以使生产设备处于最佳状态下运行，减小了氨水对阀门、管道的磨损。一般使电机转速在额定转速下。
2：延长了电动机的使用寿命，由于三相异步电动机的起步电流为额定电流的5—7倍，对电机寿命有很大的损伤。而变频器的启动时候一种软启动发式，保护了泵电机。
3：大大减轻操作人员的劳动强度，原来控制氨水流量只能靠倒阀来控制氨水流量，现在自动变频情况下可以通过现场压力—流量传感器反馈的信号自动调节，在手动情况下，也只需调节面板上的电位器来改变电机频率，方便易行。
4：减轻对电网谐波干扰，变频器反馈到电网的谐波是由无功功率，换流能量，谐波电流组成，使用变频器能使反馈到电网的谐波分量限制在允许的幅值范围内。
5：使用变频器后对电机有了可靠的保护，如过流、过压、欠压、缺相等保护。

使用变频器后的经济分析：
使用变频器后电机工作电流下降很大，电机的温升明显下降，延长了电动机的使用寿命，同时对管道、阀门的磨损大为减少，维修量也减少，将一次投资后的运行成本大为减少；节能效果十分明显，功率因素也有明显的提高，经验估计可节能达40%左右；安装运行两年故障率为零，为正常生产做出了最大的设备安全保证。
本系统简单易行，一般工厂的技术人员完全有能力自行进行改造，不需要外委，有一定的推广作用。

参考文献：
[1] 冯垛生 张淼 《变频器的应用与维护》，华南理工大学出版社，2002
[2] 陈伯时，《电力拖动自动控制系统》，机械工业出版社，2000
[3] 西门子Micromaster 430 用户手册