高壓電機變頻改造在LNG工廠中的應用

摘 要：目前高壓電機變頻技術已經廣泛用于大型電機上，使用變頻后，可以大幅度節約能源，降低生產成本。

關鍵詞：變頻；節能；應用研究

海南中油深南石油技術開發有限公司LNG工廠現有5100KW氮氣壓縮機一臺，其功率不能隨生產負荷改變而變化，只能通過改變風門、擋板的開度來調整，這導致負載運行效率較低，并且有大量能量浪費在節流損失中。目前是通過調整壓縮機入口蝶閥改變氣量，維持管網壓力穩定。通過對生產運行工藝、設備工況進行分析，認為存在以下幾個問題：（1）采用壓縮機定速運行，入口蝶閥調整節流損失大，造成能源浪費。（2）壓縮機長期工作在壓升高、流量大的工作區，導致溫升大，外圍系統熱交換量增加，造成不必要的能源消耗。（3）壓縮機目前采用水阻啟動方式，有近3倍額定電流的啟動電流，且啟動時間較長需50秒左右，對電網沖擊大。

1 技術改造原理

1.1 變頻原理

高壓變頻器采用IGBT變頻功率單元串聯多重化疊加技術，三相6KV高壓交流電通過高壓開關柜送至干式隔離移相變壓器，供給每相5個共計15個單項IGBT逆變器功率單元，采用Y形連接，每相上的5個功率單元輸出的SPWM波相疊加后，將形成線電壓為6KV的高質量的正弦波輸出，供給電動機。通過控制此輸出正弦波的電壓幅值和頻率，來控制電動機的轉速。

1.2 節能原理

利用高壓變頻技術的目的是為了改變電機的轉速，以實現根據現場工況所需壓力、流量的大小來進行調節，既滿足了生產要求，提高了系統的自動化程度，又達到了節約電能的目的。

2 技術方案

虛線部分為改造內容

方案：系統由3個高壓隔離開關QS1、QS2、QS3和高壓開關QF、電動機M組成。QS2、QS3之間存在機械互鎖邏輯，不能同時閉合。在變頻運行時，QS3斷開，QS1、QS2閉合；工頻運行時，QS1和QS2斷開，QS3閉合。

3 變頻改造后節能分析

平均每小時節電410kw·h，可見加裝變頻器后節能率可達12%，全年節電410×330×24=324.72萬kw·h，每年可節約電費（按0.7元/ kw·h計算）：324.72×0.7=227.30萬元。

在實際中，各種運行工況的不同，節電效果也不一樣，實際節電效果與以上計算結果可能有一定出入，但從計算結果來看，節電效果顯著，值得改造。

4 變頻器的優勢

交流高壓電機的直接啟動時會產生3-5倍于額定的電流，對電網沖擊較大；直接啟動時的大電流還會引起鐵芯松弛，引起電機發熱增加。使用變頻器啟動時電流在電機額定范圍內，這樣對電網不會造成沖擊，并且對其他的動力及電器設備也不會產生任何影響。對延長電機的使用壽命，減少對電網的沖擊，保證機組正常運行時很有必要的。

直接啟動過程中，對機械系統沖擊大，可能造成定子繞組絕緣的機械磨損，會降低定子繞組絕緣。變頻器采用平滑的啟動，避免了機械的損傷，延長設備使用壽命。

使用變頻器后可根據實際需要對電機的轉速進行調整，既達到保證和改善工藝的效果，又能節能降耗。