變頻器在15萬t/a離子膜燒堿改擴建工程恒壓供水系統中的應用

王改香

（平頂山煤業集團開封東大化工集團有限公司，河南開封475003）

變頻器在15萬t/a離子膜燒堿改擴建工程恒壓供水系統中的應用

王改香

（平頂山煤業集團開封東大化工集團有限公司，河南開封475003）

通過利用變頻器調節保證恒壓供應循環水的實例，介紹了變頻器的工作原理和方案設計。對變頻器使用過程中存在的問題，提出了解決方法。

離子膜燒堿；變頻器；恒壓供水；調速

平頂山煤業集團開封東大化工有限公司15萬t/a離子膜法燒堿規模是在原廠區5萬t/a離子膜法燒堿的基礎上，通過技術改造增加10萬t/a離子膜法燒堿規模達到的，配套的氯產品有氯乙酸、ADC發泡劑。變頻器在該工程恒壓供水系統建設中得到了成功的應用，徹底解決了以前供水系統壓力不穩的問題，保證了離子膜系統運行過程中所需水源的恒壓供應。

1 原供水系統存在的問題

該公司原循環水系統采用恒速交流電機拖動。恒速交流電機轉速恒定，抽水量在任意時刻都相同，而循環水系統在不同時段用水量不同，造成整個供水系統壓力不穩定，能源消耗大，成本高。為保證循環水系統恒壓供水，操作人員往往要根據水壓表的指示，經常到現場通過調節擋板或閥門開度來控制循環水系統的水壓。由于是人工控制，保證恒壓供水難度大，不僅增大了操作人員的勞動強度，而且有大量的電能浪費。

2 變頻器的性能及工作原理

恒壓供水系統采用變頻調速技術實現水泵電機的無級調速，依據用水量的變化自動調節運行參數，在用水量發生變化時自動保持水壓恒定以滿足用戶用水需求，從而大大提高了供水質量。

變頻技術是集自動控制、微電子、電力電子、通信技術于一體的高科技技術。由于采用軟啟動，在使用過程中可以減少電機啟動時對機械設備的沖擊，延長設備和電機的使用壽命，而且具有調速范圍寬、動態響應快、精度高、運行時間長、操作方便、便于同其他設備接口等優點，使得變頻器的應用越來越廣泛。變頻器具有高智能化、高可靠性、低價格和免維護的特點，節能降耗效果明顯。變頻器的工作原理是采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源通過逆變轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。因此，變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。整流部分為6脈波整流器，逆變部分為IGBT 6脈波逆變器，且中間直流環節配有電容器組，用于電能存儲器，以穩定中間回路直流電壓。

3 變頻器的技術分析

3.1 實施方案

15萬t/a離子膜法燒堿改擴建工程循環水系統選用了4臺185 kW的電機拖動，其中2臺為工頻電機拖動，2臺為變頻電機拖動。考慮到運行安全的可靠性，采用了單泵變頻設計，平時運行2臺工頻電機和1臺變頻電機，在不同時段循環水壓力變化時，變頻電機能通過調節轉速使出口總管水壓保持0.35 MPa，滿足了工藝指標的要求。方案如圖1所示。

圖1 變頻器技術實施方案示意圖

3.2 設備選型

圖2 控制回路原理示意圖

變頻電機的型號為YPT315L2-4，功率185 kW，頻率50Hz，電壓380V，電流327A，轉速1487r/min。變頻器使用過程中的突出問題就是諧波干擾，消除諧波主要方法有：增加變頻器供電電源內阻抗；安裝電抗器，多脈波變壓器運行，調節變頻器的載波比及應用濾波器。該擴建工程供水系統選用北京ABB電氣傳動系統有限公司的ACS800-04P系列變頻器，該系列變頻器是專為大功率泵和風機設計的交流傳動，使用較為先進的直接轉矩控制（DTC）,能精確地控制功率器件的每一次開關，能效高，內置交流諧波電抗器，能有效抑制諧波對電源的干擾，提高電能質量，保證了該擴建工程機器設備的正常運行，為該工程一次試車成功創造了條件。

3.3 控制回路設計及參數設置

控制回路的原理如圖2所示，其中AI1+、AI2-為PI調節的實際值反饋信號口，AI1的信號源來自現場電位器，是傳動通過模擬輸入AI1接受過程給定的外部給定信號口，AI2信號源來自多泵供水控制器采集到的管網壓力輸出的4～20 mA模擬量信號。設備正常運行時，選擇AI2作為反饋信號，必要時也可通過應用宏的改變來選擇AI1作為反饋信號，在現場通過電位器調節，從而改變電機運行速度達到調節出口總管水壓的目的。主要參數設置為：DI6接起停信號源，將變頻器參數1002設置為DI6；給定4102設置為INTERNAL；反饋通道4005設置為AI2或AI1。

4 變頻器在使用過程出現的問題及解決方法

變頻器屬于電子器件裝置，在其規格書中有詳細安裝使用環境的要求。如果變頻器周圍存在干擾源，它們將通過輻射或電源線侵入變頻器的內部，引起控制回路誤動作，造成工作不正常或停機，嚴重時甚至損壞變頻器。在特殊情況下，若確實無法滿足這些要求，必須盡量采用相應抑制措施來消除變頻器周圍干擾源，提高變頻器自身的抗干擾能力。

4.1 消除振動對變頻器的干擾

振動通常是由于電機的脈動轉矩及機械系統的共振引起的，特別是當脈動轉矩與機械共振恰好一致時更為嚴重。為避免機械共振引起的干擾，變頻器安裝在距離電機20 m的獨立配電室內。

4.2 消除沖擊電壓對變頻器的干擾

雷擊或感應雷擊、斷路器開閉都能形成沖擊電壓，變壓器一次側真空斷路器斷開時，通過耦合在二次側也能形成很高的電壓沖擊尖峰。變頻器所在低壓系統均采用沖擊形成追加RC浪涌吸收器，同時在操作時序上保證真空斷路器動作前先將變頻器斷開。

4.3 消除電源異常對變頻器的影響

為保證設備的正常運行，對變頻器供電電源也提出相應要求。如果附近有直接起動電動機和電磁爐等設備，為防止這些設備投入使用時造成的電壓降低，應和變頻器供電系統分離，減小相互影響。為消除電源異常對變頻器的影響，變頻器安裝在離直接啟動的大電機較遠的配電室里。

4.4 消除變頻器產生的高次諧波對周圍設備的影響

由于目前的變頻器幾乎都采用PWM控制方式，這樣的脈沖調制形式使得變頻器運行時在電源側產生高次諧波電流，并造成電壓波形畸變，對電源系統產生嚴重影響。通常采用以下處理措施：在購置變頻器時，選擇在變頻器輸入側加裝濾波電抗器的變頻器型號，降低高次諧波分量；對于有進相電容器的場合，因高次諧波電流將電容電流增加造成發熱嚴重，必須在電容前串接電抗器，以減小諧波分量；對電抗器的電感應合理分析計算，避免形成LC振蕩。

5 結語

平煤東大公司循環水系統已于2008年3月全部投運，在變頻器的安裝和使用過程中，選擇合理的安裝環境、采取相應的措施減少了對變頻器的干擾。變頻器在工作中根據實際工藝情況及供電系統條件，選擇合適的參數值，使變頻調節時電流相對穩定。正常運行時1臺變頻循環水泵，2臺工頻循環水泵同時工作，新建15t/a離子膜燒堿工程的正常運行提供了切實的供水保證，既提高了供水效率，節約了能源，又實現了生產過程的自動化，推動了節能降耗工作的進程。

Application of frequency converter in constant pressure water supply system of 150 kt/a ionic membrane caustic soda expansion project

WANG Gai-xiang
(Kaifeng Dongda Chemical Co.,Ltd.,Pingdingshan Coal Industry Group,Kaifeng 475003,China)

The working principle of frequency converter and its design were introduced through the examples of using frequency converter regulation to ensure supply of constant pressure circulating water.The solutions were proposed for the problems existing in process of the frequency converter using.

ionic membrane caustic soda;frequency converter;constant pressure water supply;speed governing

TN773

B

1009－1785(2010)10－0020-03

2010-05-25