英威腾CHH100高压变频器在离心式循环压缩机上的应用_离心式循环压缩机_高压变频器

英威腾CHH100高压变频器在离心式循环压缩机上的应用

2012/3/9 10:08:36

一、引言

山东某化工有限公司是山东石化集团公司的下属企业，以重油的生产和销售为主。主要产品包括93#、90#车用无铅汽油，液化气、柴油、焦炭、轻质油、丙烯等；其中高压变频器应用在丙烯车间的循环气压缩机上。此负载设备为离心式循环压缩机，参数如下：

压缩机型号	4V-2S	电动机型号	YB450M1-2
生产厂家	锦西化工机械厂	生产厂家	南阳防爆电机厂
介质	合成气（CO，H2等）	额定功率Pdn	450kW
功率	323 kW	额定转速n0	2980 r/min
额定转速	14029 r/min	额定电压U0	6kV
额定流量	20190 m3/h	额定电流I0	52.1A
入口压力	1.35 MPa	额定功率因数	0.88
出口压力	1.85 MPa
增速箱增速比	1:4.7

二、应用环境分析
工艺流程如图1所示：

图1：丙烯收集系统工艺流程图

在实际应用中，工频时每次启动压缩机都是重载启动，启动起来十分不容易，同时还给工艺上带来很大隐患，比如噪音大，启动电流大，影响设备寿命、压力突变等。另外，由于负载的波动性较大，电机很少在满载情况下运行，仅依靠关出口阀、打回流来调节流量，浪费严重，能耗较高，运行十分不经济。为了解决这一系列问题，通过多方调研，该化工厂决定采用高压变频器对电机进行调速改造。
三、系统方案提出
1.变频调速原理
按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：
　　n=(1-s)60f/ P =n0×(1-s) ………①
　　式中：P-电机极对数；f-电机运行频率；s-滑差。
　　从式中看出，电机的同步转速n0正比于电机的运行频率(n0=60f/p)，由于滑差s一般情况下比较小（0-0.05），电机的实际转速n约等于电机的同步转速n0，所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。
而改变频率必须改变供电电压，由交流电机成立的电磁关系式：
　　E=4.44fwΦ ………②
　　式中：E-电机电动势，f-定子频率，W-绕组系数，Φ-气隙主磁通。
　　对异步电机调速时，希望主磁通Φ恒定，即U/F保持恒定，所以改变频率时，供电电压也应跟着变化。
2.高压变频器技术路线的选择
　　目前，因为功率器件耐压的限制，高压变频器没有像低压变频器一样，有统一的拓扑结构。目前，市场上主流的高压变频器多采用单元串联多电平的拓扑结构，系统结构如图2所示：

图2：高压变频器系统结构图

由于这种结构是利用低压功率器件实现高压，巧妙的避开了电力电子功率器件耐压不足的问题。同时通过前端的移相变压器，实现了多脉冲整流，具有对电网谐波污染小的优点，有些厂家又把这种变频器称为“完美无谐波变频器”。在变频器的内部控制上，利用功率单元输出波形的移相叠加，形成多电平输出电压波形，可以直接适配普通国产异步电机，对电机的绝缘没有特殊要求，并且具有脉动转矩小，无共模电压的明显优点。因为技术成熟，低压功率器件易于采购，因此成为市场上的主流方案。通过全方位的调研，该化工厂确定了英威腾研发、生产的高压变频器CHH100产品。

图3：运行中的高压变频器

3. 一次主回路方案
　　通过咨询和现场分析，决定采用一拖一手动旁路方案：主回路由负荷开关QF、3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3及高压变频器组成（如图3）。其中要求QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。高压隔离开关QS1、QS2、SQ3加装电磁锁，电磁锁的操作电源使用QF的辅助触点闭锁。只有当QF断开时，QS1、QS2、SQ3的电磁锁才能得电，可以正常操作。在变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开，变频器得电启动后，电机处于变频运行状态；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开，QF闭合后，电机实现工频直接启动，恢复改造前的运行状态。

图4：高压变频器工频旁路原理图
四、具体使用效果
1. 现场技术数据：
改变频后比工频运行时的参数对比表：

	工频	变频
电机转速	2980r/min	1200r/min
输入电流	47A	7A
功率因数	0.47	0.85
出口阀门（FV1001）开度	35%-40%	100%
入口压力	1.35MPa	1.35MPa
出口压力	1.85MPa	1.43MPa
压力差	0.5MPa	0.08MPa
出口流量	20190m3/h	8455m3/h

节省电费为M=1291680-348192=943488元≈94.3万元。
2.    变频器运行情况：
采用变频调速后，带来的最大好处有以下几点：
　　1.电机实现软启动，电机启动电流远远小于额定电流，启动时间相应延长，对电网冲击很小。
　　2.压缩机出入口压力差降低了很多。以前压差5公斤，设备啸叫严重，能达到120分贝；改变频后压差为0.8公斤，噪音仅为75分贝左右。从而减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，降低了噪音，有效的延长了电机的使用寿命，相应地延长了许多零部件的寿命；同时极大的减轻了对管道的冲击，有效延长了管道的检修周期，减少了检修维护开支，节约大量维护费用。
　　3.输入电流减少很多，以前电流很多都做了无用功，浪费极大。
4.提高了功率因数
五、     客户评价
通过对离心式压缩机改造前后的对比，达到了预期的节能效果，给用户的生产降低了成本减少了生产设备的维护工作；目前英威腾CHH100高压变频器运行稳定，生产持续，受到该化工厂生产车间、维护班组和公司领导的高度评价。
六、     结束语
我公司通过对离心式循环压缩机的电机变频调速改造，有效解决了之前运行过程中出现的启动困难问题，改善了生产工艺，延长了设备检修周期，并且取得了良好的经济效益。随着高压变频器市场的进一步成熟，将会有越来越多的设备列入改造之列，为国家的节能减排作出贡献。

参考文献
[1].高压变频调速系统CHH100系列产品技术手册
[2].高压变频器应用资料汇编－石化行业

关于英威腾：
英威腾，成立于2002年，致力于成为全球领先、受人尊敬的电气传动、工业控制、新能源领域产品与服务供应商，2010年在深交所A股上市。英威腾是国家火炬计划重点高新技术企业，总部员工1100多人，国内、外办事处30余个，控股子公司9家，业务涉及电气传动、工业自动化、新能源、轨道交通牵引、矿用防爆、能源管理、楼宇智能等领域。在基础业务变频器领域，英威腾占据国内领先地位，拥有覆盖高、中、低压通用及各行业专用丰富的产品系列，产品在市政、塑胶、油田、化工、冶金、纺织、机床、矿山等行业广泛应用，产品销售遍布全球60多个国家和地区。
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