1 引言
字串9
变频调速技术是目前世界上公认的电机节电技术之一，变频调速技术因其显著的节电效益、较高的调速精度、较宽的调速范围、完善的保护功能、易于实现自动控制、运行安全可靠、安装使用维护简单等优点已被广泛应用于各行各业,成为电机调速的最新技术。石化系统应用该技术始于九十年代,目前该技术已成为总公司的重点推广项目。自1994年以来，我厂在主体装置低压机泵的电机上安装变频调速器获得了极好的效果，随着低压电机变频调速技术的推广应用，电机节电的焦点落在了高压电机上，以广州分公司炼油系统为例，装置的原料泵、加热炉进料泵、塔底泵…主要机泵容量大,一般由高压电机拖动,这部分的用电量约占装置用电量的50%左右,若不对高压电机实行变频调速控制,进一步降低电耗是困难的，因此,1998-2000年开始我们在炼油装置的一些高压电机上应用于变频调速技术。 字串5
2 高压电机安装变频调速技术的尝试
字串2
1998年高压变频调速技术已经基本成熟，为高压电机安装变频调速器创造了条件，但是完美无谐波高压变频器价格昂贵，一般用于兆瓦以上的大电机经济可行，电机容量小则不经济。因此，国内中小容量的高压电机大多采用将高压电降为460V左右的低压电，再经变频升压为6000V高压电输出的高-低-高式供电的方式。正是基于这个原因，98年至99年蒸馏(一)常压塔底泵(P-111/1，280kW)、焦化加热炉辐射泵(P-102/1，350kW)、溶脱原料泵(P-101/A，315kW)、溶剂泵(P-104/A，300kw)选择了德国西门子产的高-低-高式变频器，焦化辐射泵选择了美国罗宾康产的高-低-高式的变频器，溶脱脱沥青油溶液泵(P-103/A，440kw)选择美国罗宾康产的完美无谐波(高-高)式的变频器。
字串2
2.1 选择机泵安装变频调速器的依据
(1) 机泵运行时间长
蒸馏和焦化的机泵年运行周期很长，均可保持在7500h/a以上，溶脱的机泵也保持6500h/a，这样，就使变频器长时间运行，节电效益得到提高。
字串7
(2) 机泵节流损失大
泵P-111/1运行工况为出口压力在1.5MPa以上，而进减压炉调节阀后压力仅为0.25MPa-0.3MPa;泵P-102/1运行工况为出口压力4.2MPa-4.5MPa,而进炉调节阀后压力为1.4MPa-1.5MPa即可满足工艺运行要求;溶脱的P-101/A、P-103/A泵和P-104/A泵出口压力在6.5Mpa,而调节阀后的压力在4.0MPa-4.5MPa。可见，管路节流损失大，安装变频器后主要节约的电能就是管路节流这部分电能。
字串8
(3) 机泵富裕量大和流量变化大
泵P-111/1额定流量为260m3/h，实际运行流量多数在164m3/h;泵P-102/1在焦化开单、双系列均运行，而单、双系列流量变化接近40%;溶脱装置的处理量波动较大，因此，其三台泵流量的变化幅度在30%-50%，这些机泵的流量和维持工艺要求的稳定运行主要也是靠阀门调节，这样，就产生了节流造成的电损，装了变频器就能减少这部分损失。
字串9
(4) 理论计算节电量
通过理论计算节电量来论证选择安装变频器的机泵是否合适。对计划安装变频器的机泵进行多种处理量时的理论节电量的计算，经过计算得到机泵运行概率最大处理量时的节电率为:泵P-111/1在7200t/d时节电率可达48%;泵P-102/1在1940t/d时节电率可达56%;泵P-101/A、P-103/A、P-104/A在装置处理量1560t/d时节电率分别可达34.5%、36.7%和32.2%,，说明在这五台机泵上安装变频调速器是可行的。
字串1
2.2 安装了高-低-高式变频调速器后机泵的运行情况
98年首先在蒸馏(一)P-111/1泵和焦化P-102/1泵安装变频器。P-111/1泵安装德国西门子280kW变频器,调试两天投入运行后，变频器输出电压可保持440V，输出电流在2-4A范围波动，保持常压塔底液面稳定不变，操作人员反映很好。在原油炼量为6200t/d，泵主管出口阀开度75%时，泵出口压力从原1.6MPa降至0.4MPa,电机运行频率为32Hz，机泵转速约为原转速的70%，由此可见，安装变频后节电效果很好。
字串1
P-102/1泵安装美国罗宾康公司350kw变频器，初次调试后，存在电机电流波动较大问题，经几次调试后波动范围缩小即投入运行，当时在装置超负荷运行(2340t/d)状况下，泵主管出口阀全开，泵出口压力由原4.3MPa降制至1.7MPa,电机运行频率35Hz左右,输出电压和电流波动范围较大,对进炉流量的平稳稍有影响,为保持流量平稳又采取了关小阀门开度使频率升高的运行方式,随频率升高,电压和电流波动幅度减小,频率升到42Hz,流量基本稳定,当频率再上升时出现了电机跳闸现象,重新启动变频器运行在35Hz则恢复和从前一样的波动范围较大的状况,这种频率升高造成电机跳闸的现象经几次调试仍存在。后来，经过一段时间的现场观察和分析后认为:造成跳闸停机的原因是焦化装置内同段6KV母线上的1600kw的高压水泵启动时，启动电流大，导致电网电压瞬间下降，变频器欠电压保护动作引起停机。
字串2
原因找到后，到现场进行了测试，在变频器停机情况下，当1600kw高压水泵启动时，变压器低压侧输入电压由正常时的484V降到424V左右，低电压维持时间为2秒左右，如变频器正常负载运行时，考虑线路和变压器的压降，低压侧输入正常电压约为460V左右，若此时高压水泵启动，会导致变频器低压侧输入电压降到400V左右，而原来设定的欠电压保护值刚好为400V，所以就出现了高压水泵启动时引起的欠电压保护停机。
字串9
按照变频器设计技术参数，正常工作电压范围为额定电压的+10%~-5%，所以当高压水泵启动时，电压波动已经大大超过了正常的下限，虽然电网电压波动超过变频器设计要求，但为了保持生产的连续性，对有关技术参数进行了适当调整，将欠电压保护值调整到350V，另外还设置了转速跟踪再启动功能，在万一电网电压过低导致变频器欠电压故障情况下变频器能进行故障自动复位、转速跟踪，保护生产的连续性。
字串8
经过上述的工作后，在频率升高时和其他状况都没有出现电机跳闸现象，电机运行频率在38Hz左右，变频器输出电压和电流范围缩小在允许的范围，进炉物料流量平稳，生产运行状况良好。
有了98年安装高压变频的经验，99年在溶脱的P-101/A泵和P-104/A泵安装高-低-高式变频器及调试、投入运行都顺利，泵出口阀开度95%时，电机运行频率分别为35和38Hz，泵出口压力分别降低1.0Mpa和1.2MPa,机泵转速明显降低，噪音减小，运行中各项工艺参数均达到指标要求。
2.3 安装了高-高式变频调速器后机泵的运行情况
字串4
(1)应用高-高变频调速器的意义
“高-高式”高压变频器称为完美无谐波高压变频器，据介绍其相对“高-低-高式”高压变频器有如下明显的优点:
a) 总效率比“高-低-高式”高。
b) 功率因数比“高-低-高式”高。
c) 体积比“高-低-高式”小。
d) 稳定性和转矩脉动比“高-低-高式”显著提高。
我们认为“高-高式”高压变频器是由于其在500kw以下价格太高，难以被用户接受，“高-低-高式”高压变频器仅是做为一种不得已而为之的高压变频器的过度产品，为了给以后的应用打下基础和积累经验，在溶脱的P-103/A泵安装了美国罗宾康公司生产的完美无谐波高压变频器，输入采用36脉冲结构，基本上可以不对电网造成污染。
(2)安装高-高式变频器后机泵的运行情况
泵P-103/A安装了高压变频器后，调试一次成功并投入运行，各项技术指标达到购买签定的技术协议要求，机泵运行几日后，经美国FLUKF43B多功能测试仪测试输入功率因数能达到95-97%，输入谐波符合IEEE519 1922对电压失真和电流失真的要求。机泵在流量43t/h运行时，管路阀门开90%，频率为34-38Hz，泵运行电流减少10A，转速减慢，噪音减少，满足各项工艺指标要求。在实践工作中感觉这台高-高式完美无谐波变频器在调试阶段和开、停启动时都要比高-低-高式的变频器容易简单，出现机泵跳闸及故障等现象极少，而在投入正常运行后就没有发生过故障，而高-低-高式变频器在运行中时有跳闸、变频设定与电机实际运行不符需重新调整等问题,而且其标定数据表明其节电效果也很好。 字串2
3 安装了高压变频器后所获效益
字串7
3.1 标定数据
98年11月和12月分别在蒸馏一装置炼吉诺原油，处理量为6200t/d，焦化装置混炼伊朗油、胜利渣油和溶剂沥青油，处理量2540t/d(超负荷)运行时，分别对常底泵P-111/1和焦化加热炉辐射泵P-102/1进行了标定，标定使用HiOKI 3266型电动测试仪，标定数据如表1所示。 字串8
字串6
2001年7月对溶剂脱沥青装置的泵P-101/A、P-103/A和P-104/A进行了装变频后的标定，标定取两种负荷，一是满负荷的93%，即原料泵P-101/A流量为71t/h，二是满负荷的76%，即泵P-103/A流量58t/h。在泵P-101/A流量为71t/h时，单独开泵P-103/A不能满足负荷要求，且两泵共用一台流量计，故泵P-103/B(未装变频器)也同时运转，标定使用Hi0KI 3266型电动测试仪，标定结果如表2所示。
字串4
从标定数据可以看出:泵出口压力明显减小，说明减少了管路上的节流损失，所以电机运行电流下降，节约了电能;由于转速降低减少机泵噪音则降低机泵损耗率;转速降低减少噪音保证了生产操作环境的环保质量。
字串4
3.2安装变频调速器后的节电效益
字串5
字串9
(1) 节电量和节电率
根据计算，蒸馏一常底泵P-111/1节电率77.6%,节电116kW;焦化加热炉辐射泵节电率55.13%，节电162.4kW;溶脱原料泵P-101/A流量为71t/h节电率31.2%，节电95.02kW;脱沥青溶液泵P-103/A.B节电率33.80%,节电241.29kW;溶剂泵P-104/A节电率21.3%,节电51.91kW,以上合计节电666.62kW;溶脱原料泵流量为58t/h节电率36.5%,节电101.8kW;脱沥青溶液泵P-103/A.B节电率37.8%,节电250.63kW;溶剂泵P-104/A节电率25.0%,节电58.8kW,此时合计节电689.63kW，平均节电为678.13kW。
字串1
(2) 节电效益
按节约用电能的规定,节约电按民用电价计算效益,广州地区电价为0.65元/kWh,以机泵年运行8000h计算,取平均节电计算,年节电效益352.63万元。
字串2
3.3 减少设备维修费用效益
由于我厂是首次在高压电机上应用变频调速技术,根据测算和参照其它厂的经验,五台机泵年节约维修费用30万元。
字串1
3.4 操作平稳提高产品收率效益
蒸馏一常底泵P-111/1安装变频器后，常压塔底液面维持平稳，使塔内液体汽化状态稳定,从而提高各线产品收率和质量。焦化加热炉辐射泵P-102/1安装变频器后，使进炉原料均衡，减少了原料局部过热过度裂化，使炉管结焦下降从而提高轻油收率等，项目在这方面所获效益因加工原料变化频繁，难以用具体数据表示，推算在这方面的效益约有25万元/年以上。
3.5 五台高压电机安装变频器后获效益总计
总效益=节电效益+减少的维修费用+提高产品收率效益=352.63万元+30万元+25万元=407.63(万元)
字串1
3.6 五台高压电机安装变频器投资回收期
项目总投资813.4万元,年获益407.63万元,项目投资回收期为2年。 字串2
4 变频调速器使用效果的几点体会
(1) 尽管变频器的节电效果是显著的,但是如果使用不当,将难以取得最佳效果。例如，有的操作工人由于不了解变频器的原理，为了操作方便，不将管线阀门全开，这样就仍存在节流损失。管理部门应制定相应的考核条例保证变频器长周期稳定运行。这样，才能保证节电效果。
(2) 变频调速技术的应用牵涉到工艺、电工、仪表、机械等多个专业人员的密切配合。如，变频调速器主机的维护是电工管，但它的控制信号来自由仪表工维护的调节器和计算机，而变频器的使用和切换由装置的操作工人管，若配合不好，变频器坏了，不能及时进行维修就会影响变频器的投用率;有=参数信号，就能象单回路一样获得好效果。
字串6
5 存在问题
在应用高压变频调速技术的过程中，使我们对电流源型高-低-高式和罗宾康公司高-高式的高压变频器有以下认识:
字串6
(1) 高-低-高式采用输入和输出两台变压器,增加了电损耗,而且变压器也会出现故障,对调试也有一定的影响，而高-高式变频器无输出变压器。
(2) 高-低-高输出方式的高压变频器没有完美的抑制谐波功能,因此对电网造成一定的污染,当以这种方式安装的变频器台数多时，会影响电网系统中的电力设备的正常运行，而完美的谐波高-高式变频器不对电网造成污染，故不会对电网系统中的设备造成影响。
(3) 安装高-低-高式的变频器占地面积大，安装也很麻烦，而高-高式变频器占地面积仅是其二分之一，因无需安装变压器故安装和调试都较方便、顺利。
(4) 高-低-高式变频调速器输入侧功率因数偏低，高-高式变频器输入侧直接连在电网不影响功率因数，经请厂家测试,功率因数达0.94-0.96。
(5) 高-低-高式变频器在运行中时有不明故障出现,需请厂家来维修才能解决，而高-高式变频器调试正常后投入运行，至今两年有余，未有出现故障。
(6) 从同时间购买变频器价格分析,440kW的高-高式也就比315kW的高-低-高式贵60万元，但其安装费用比高-低-高式低。
鉴于上述对比分析，我们认为在有可能时，应尽可能采用高-高式变频器，这样就能保证长周期运行，既减少了上述的各项费用还增加了节电效益。 字串7
6 高压变频调速技术在我厂推广应用的前景
字串1
我厂高压变频调速技术的应用是从1998年开始的，到目为止安装了高压变频器的电机占分公司高压电机总量的还不到15%，高压电机的用电量占电机用电量的三分之一以上，因此，要降低用电量就必须对高压电机进行变频控制来达节电的目的，从广州分公司的状况分析，高压变频调速技术有推广应用的前景，这是因为:
(1) 炼油有扩大年加工能力到千万吨级的规划，安装高压变频调速器的机会是非常多的。
(2) 目前炼油设计加工能力为770万t/a，今年在供应乙烯厂原料的状况下达到炼油加工能力为673万t/a，尚未达到设计负荷，即使上游装置达到满负荷加工量，下游装置仍存在不满负荷的状况。今年来原油品种多，各线收率变化大，有时也会出现原油进厂不及时和产品后路堵塞现象，由于这种种的原因造成了机泵总体的流量在不断变化，机泵流量的变化为机泵安装变频调速器获取节电效益打下了良好的基础。
(3) 随着市场经济的变化，以用户需求确定生产作业计划的局面将占据主导地位，为了满足市场需求，加工方案也会变化频繁，这就使变频调速系统的节电效果显著。
(4) 以往，机泵的设计和选型都是以满足装置最大负荷时的流量和扬程为基准，并且留有一定的富裕量，机泵运行时，有相当大一部分功率消耗在管线阻力上，主要是控制阀上，例如，焦化加热炉辐射泵安装了变频调速器后，在装置超负荷运行时仍能获得较高的节电率，理论和实践都已证明用变频调速器改变电机转速的方法取代目前的控制阀调节流量优越得多。 字串6
以上仅是其中的一些情况，但也说明了高压变频调速技术在广州石化分公司有着广泛的应用前景。
字串8
参考文献
[1] 金圃明. 高压变频调速技术在我厂的应用[A].全国电技术节能学术会议论文集[C].
字串9
作者简介
金圃明 工程师 1983年毕业于广东广播电视大学,从事炼油工艺和节能技术管理，在《茂名石化》和《广石化科技信息》发表过多篇关于工艺及节能的文章和译文，从1996年开始负责广州石化总厂变频技术的推广应用工作。 字串9