摘 要：本文结合焦化厂煤气加压机运行的实际工况，介绍了山东新风光电子科技发展有限公司生产的高压变频器在三联煤电化工有限责任公司煤气加压机中的应用。通过改造，实现了煤气加压机的高效运行，达到了节能降耗的目的。
关键词：高压变频器 煤气加压机 节能降耗
Abstract: The paper introduces the application of the high voltage inverters produced by Shandong WindSun Electronics Science &Technology Co., Ltd.based on the actual of the gas pressure machine condition in 3 The coal chemical industry co., ltd.The reconstruction implements the efficient running of the gas pressure machine, reaches the objective of saving energy.
Key words: High voltage inverter The gas pressure machine Energy-saving
1前言
三联煤电化工是一家集煤炭深加工及发电为一体的综合性公司。焦化公司为其下属的一个分公司，焦化公司有一条年产60万吨焦炭的炼焦生产线，其主要产出为焦炭、焦油及煤气。煤气主要供给后面的电厂发电用。在焦化公司与电厂之间传输煤气用的两台煤气加压机，其主要功能是把焦化公司的焦炉产出的煤气经过风机吸收后，经过加压、通过管道输送给电厂锅炉作为燃气发电。煤气加压机前级为焦捕柜，焦化炉产出的煤气含有较多的焦油。焦捕柜的作用是把煤气中含有的焦油吸收掉。其生产流程图如图1所示。
2现场设备介绍
焦化厂配有两台煤气加压机，该设备为煤气加压系统中并联使用，正常情况下一用一备。煤气加压机选用的风机为罗茨风机，罗茨风机相比于离心风机有两个主要特点：（1）启动时进风门和出风门必须完全打开，（2）进风口进入罗茨风机的气体必须完全打出去。这两台煤气加压机的具体参数如表1、表2所示。
该设备由于输送的是煤气，煤气中不可避免的含有一些焦油。罗茨风机由于长期运行以后粘附有很多焦油，增加了设备的阻力。另外罗茨风机为风门全开的情况下启动，而且焦油在较冷的情况下阻力更大，所以罗茨风机为典型的重载启动负载。
原系统6kV高压断路器直接送到电机，没有其他软起设备，高压电机与罗茨风机直接用靠背轮连接。该设备由于是重载启动，并且焦油冷态时阻力很大，所以直接启动时启动电流大，容易造成断路器跳闸，需要多次合闸才能启动。并且启动前还需要给罗茨风机打高温蒸汽加热。另外直接启动有可能影响罗茨风机内部气隙。由于罗茨风机选型偏大，电厂往往不需要罗茨风机满负荷运转，这样风机只好打开回流阀，造成风机运行效率低下，浪费严重，厂领导为了提高煤气加压机的运行效率，经研究决定改造该设备，增加两套软起设备，兼具有调速功能。
工厂中用于电动机的软启动设备，常用的做法有串水阻启动、串电抗启动、星三角启动、转子串电阻启动、软启动器降压启动和变频启动等。现分别简要叙述如下：
（1）串水阻启动、串电抗启动和星三角启动：启动转矩小，不能满足重负荷启动要求，不能连续启动，不能调速。
（2）转子串电阻：由于该电机为防爆电机，无抽头，不能采用此种启动方式。
（3）液力耦合器：能满足启动要求，也能达到调速要求，但是投资大，调速效率低，维护费用高。
（4）软启动器：不能满足重负荷启动要求，不能连续启动，不能调速。
（5）变频调速以启动转矩大、启动电流小、调速精度高、功能强、可靠性高，操作方便，便于通讯等功能优于以往的传统调速方式，是性能最优的软启动方案。
综合上述比较，通过招标方式，厂领导决定采用山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP37系列（6kV）高压变频器作为改造项目的适用设备，改造取得了成功。
3风光公司JD-BP37系列高压变频调速系统技术特点
风光牌JD-BP37系列高压变频器以高速DSP为控制核心，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。2007年，高压变频器被评为中国名牌产品。具体来说，风光高压变频器除具有一般普通变频器的性能外，还具有以下突出特点：
(1)采用高速DSP作为中央处理器，运算速度更快，控制更精准。
(2)飞车启动功能。能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接起动。
(3)完整的工频/变频自动互切技术。现在的高压变频调速系统一般设置工频旁路切换柜，变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行，旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式，手动旁路需人工操作，适应于无备用装置或不重要的运行工况，自动旁路可在变频器发生故障后直接自动转换至工频运行。新风光公司提供的自动旁路切换柜，不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态，还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频运行的功能，整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。
(4)旋转中再启动功能。运行过程中高压瞬时掉电3s内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。
(5)线电压自动均衡技术（星点漂移技术）。变频器某相有单元故障后，为了使线电压平衡，传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压，而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。
(6)单元直流电压检测：实时显示检测系统的直流电压，从而实现输出电压的优化控制，降低谐波含量，保证输出电压的精度，提升系统控制性能，并可使保证运行维护人员实现对功率单元运行状况的全面把握。
(7)单元内电解电容因采取了公司专利技术，可以将其使用寿命提高1倍。
(8) 散热结构设计合理，单元串联多重化并联结构，IGBT承受的电压较低，可以有较宽的过压范围(≥1.15Ue)，设备可靠性更高。
(9) 具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果变频器不具备相间短路保护功能，将会导致重大事故。变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出，保护设备不受损害，避免事故的发生。
(10) 限流功能：当变频器输出电流超过设定值，变频器将自动限制电流输出，避免变频器在加减速过程中或因负载突然变化而引起的过流保护，最大限度减少停机次数。
(11) 故障自复位功能：当变频器由于负载突变造成单元或是整机过电流保护时，可自动复位，继续运行。
4变频改造控制方案
为了保证煤气加压系统的可靠性，变频器装置采用自动转换工频方式，当变频器发生故障，停止运行时，电机可以自动切换到工频下运行，这样可以保证煤气加压机的供气要求，提高了整个系统的安全稳定性。
煤气加压机变频系统具有如下特点：为变频器提供的交流220V控制电源掉电时，由于变频器的控制电源和主电源没有相位及同步要求，变频器可以使用UPS继续运行，不会停机；在现场速度给定信号掉线时，变频器提供报警的同时，可按原转速继续运行，维持机组的工况不变；变频器配置单元旁路功能，在局部故障时，变频器可将故障单元旁路，降额继续运行，减少突然停机造成的损失，如果变频器出现3个以上的故障单元，可自动转工频运行，可保证生产不受影响。
5变频控制自动旁路柜
280kW煤气加压机选用JD-BP37-315F（315kW）高压变频器，250kW煤气加压机选用JD-BP37-280F（280kW）高压变频器，两台煤气加压机旁路柜均采用自动转换工频方式。
改造后提供的旁路方案如下：
旁路柜在变频器进、出线端增加了两个隔离刀闸，以便在变频器退出而电机运行于旁路时，能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。
自动旁路柜主回路如图2所示。KM2与KM3实现电气互锁，当KM1、KM2闭合，KM3断开时，电机变频运行；当KM1、KM2断开，KM3闭合时，电机工频运行。另外，KM1闭合时，K1操作手柄被锁死，不能操作；KM2闭合时，K2操作手柄被锁死，不能操作。
电机工频运行时，若需对变频器进行故障处理或维护，切记在KM1、KM2分闸状态下，将隔离刀闸K1和K2断开。
合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时，真空接触器KM1、KM2合闸不允许；在KM1、KM2合闸状态下，若变频器出现故障，则“合闸允许”断开，KM1、KM2跳闸，分断变频器高压输入电源。
旁路投入：将变频器“旁路投入”信号并联于KM3合闸回路。变频运行状态下，若变频器出现故障且自动投入允许，或者需要将电机从变频投入到工频状态运行（按下“工频投切”按钮），系统将首先分断变频器高压输入、输出开关KM1和KM2，经过一定延时后，“旁路投入”闭合，即工频旁路KM3合闸，电机投入电网工频运行。
6 调试中注意的问题
原系统改为变频调速系统以后，有一些问题需要重新设定。如：放散阀的压力设定，未改造前的原工频运行，放散阀的压力为6kPa，也就是当罗茨风机后级的气压达到6kPa以上时，才开启放散阀，排泄出多余的煤气。由于罗茨风机的工作特点，必须把进风阀门进入的气体完全打出去，当后级的气压接近6kPa时，罗茨风机负荷较重，电机电流已经超过额定值较多，因为电动机的过载能力较强，且断路器的保护电流较大，后级气压高时，工频运行时一般不会跳闸。改造后变频的过载能力较弱，变频器的过载能力为1.5倍额定电流60s，这样就要求后级的放散阀压力应稍低一些，经过与客户沟通后，建议放散压力为3～4kPa左右。这样煤气加压系统可以进一步降低消耗。
改造后，高压变频器参数设定，由于是重载启动，需要低频时增加转矩补偿，停车时用户要求自由停车等，设定参数如表3所示：
7 变频改造后设备运行情况
煤气加压机变频改造后，2011年9月15日，两套高压变频器一次性投入生产，至今运行正常。经过测试，系统达到了预期的效果。煤气加压机变频改造后，风机电机输入电流有明显下降，设备实现了软起动，改善了煤气加压设备的运行工况，极大地减轻了设备起动时对供配电系统的冲击。改造效果是非常明显的。
7.1节能情况
改造前工频：280kW、250kW煤气加压机平均运行电流25A，电网电压取6.1kV，功率因数为0.8。平均每小时消耗功率为：
7.2 间接效益
（1）变频改造后，实现电机软启动，启动电流小于额定电流值，启动更平滑。
（2）有效地改善了现场运行环境，由于电机以及负载转速下降，大大降低了设备噪声污染，现场操作人员非常欢迎。
（3）功率因数提高到0.95以上，减少了线路损耗。
（4）减少了维护工作量和维护费用，延长了设备的使用寿命。
采用变频技术调速后，设备随生产工艺变速运行，大大降低了设备负荷率，延长了风机、电机等设备的使用寿命。
（5）变频器具有多项保护功能，十分完善。
与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升保护等多项保护功能，更精确地保护了电机。
（6）调速范围宽，调速精度高。
采用变频拖动风机可以在0～50Hz范围内任意调节，调节精度高，调节频率波动可保持在0.1～0.01Hz范围内，便于实现风机系统自动化控制。
8 结束语
经过变频改造后，煤气加压机实现软起软停，不仅大大降低了工作人员的劳动强度，而且使整个工艺流程更稳定，达到了较好的节能效果。随着国家对节能减排工作的越来越重视，企业通过各种措施降低生产成本，其中变频技术起到了关键作用，取得了明显的经济效益和社会效益，适应了国家建设资源节约型社会的潮流。
参考文献
山东新风光电子使用手册[Z] 山东新风光电子科技发展有限公司。
作者简介：
马 杰，男，高级工程师，供职于三联煤电化工有限责任公司。
胡令芝，男，技术支持工程师，供职于山东新风光电子科技发展有限公司。
