西門子GH180型中壓變頻器在加熱爐鼓風機上的應用

王龍

摘 要：在我廠大檢修中，芳烴裝置加熱爐鼓風機16-K-03實現了由工頻改變頻的成功改造，改變了以往能耗大、經濟效益差、易造成設備損壞等諸多問題。西門子SINAMIC GH180系列變頻器堪稱完美無諧波變頻器，其具有較低的運行成本、精確地過程控制、低維護成本、高生產效率、高可靠性、直觀的人機交流界面等多方面優勢。本文從變頻器的結構及工作原理、調試及運行維護、變頻改造的意義等方面為大家呈現16-K-03工頻改變頻的成功案例，為今后同類變頻器改造提供了借鑒范例。

關鍵詞：變頻器 調試 運行 節能

一、西門子GH180型高壓變頻器組成結構及工作原理

高壓變頻器旁路柜和變頻器柜組成，變頻器柜由輸入部分、變壓器部分、單元部分、輸出部分、控制部分組成。

變壓器的原邊繞組采用星形接法，而副邊有多個繞組，采用延邊三角形接法，輸出電壓為750V，視所需配置的功率單元數量，形成18-48脈沖的電源質量。變頻器由15個功率單元組成，每個功率單元電壓為750V，相同5個單元串聯，輸出相同的基波電壓，相同載波之間的電角相等，互相疊加，增加了輸出電壓的開關頻率和電平。輸出電壓=5×750×=6495V達到電網電壓的水平。

二、變頻器調試過程及問題的解決處理

2.1調試過程。首先在變頻器出線電纜不接的情況下空載調試。

①送變頻器380V控制電源，送旁路柜220V控制電源。②檢查變頻器邏輯控制板各指示燈指示正常并根據現場電機設置變頻器參數。③手動起停冷卻風扇，判斷風扇轉向正確。④試驗旁路柜刀閘位置及變頻器故障對配電柜的聯鎖。⑤將配電柜斷路器送至運行位置，現場操作柱起動，配電柜合閘。⑥將開關打至就地位置，通過操作面板起動變頻器，變頻器運行，并且通過面板可以正常調節頻率，點擊停止，變頻器停運。⑦將開關打至遠方位置，此時儀表DCS變頻器就緒指示燈已點亮，經實驗遠程起動、停止、頻率給定均能正常實現。

隨后將變頻器出線電纜正常連接，脫開電機聯軸器，進行帶載調試。應工藝要求，變頻器設定了最低轉速，起動變頻器后電機以10%低轉速開始運行，通過面板和DCS分別調速，電機轉速均能正確響應，面板的輸出電壓、電流及中控室電流也都顯示正常。

2.2接線調試遇到的問題及解決方法。

2.2.1停機狀態拍下急停按鈕配電柜合閘。調試過程中，在模擬變頻器故障閉鎖配電柜環節，方案為拍下急停按鈕，現場操作柱合閘無效，而在實際操作中，在拍下急停按鈕瞬間，配電柜合閘。

故障原因分析：原因有二，1、查閱圖紙后發現圖紙中未給出任何變頻器故障閉鎖配電柜合閘的連鎖。配電柜的連鎖接點共有3組，分別是變頻方式合閘指令、工頻遠程合閘條件、變頻系統斷路器分閘指令，配電柜內分別接入綜保的開入量X110：10、X110：11、X110：8，另一端分別接入旁路柜21/25、27/25、37/41端子，除此之外再無其他連鎖。在咨詢廠家后得到答復，變頻器并不給配電柜發出合閘指令，所謂變頻方式合閘指令實際應為變頻方式合閘條件，應于工頻合閘條件并聯后直接接入合閘回路;2、變頻器實際X2：43/X2：44為一對開點，X2：45/X2：46為一對閉點，其允許合閘命令由X2：45/X2：46發出，分閘命令由X2：43/X2：44發出，而圖紙所示正好相反，因此在拍下急停按鈕后X2：43/X2：44實際由分到合，進入到綜保開入量以后綜保發出合閘指令，導致配電柜直接合閘。

解決方法：修改圖紙，并對接線進行調整，聯鎖功能得以正常實現。

2.2.2配電柜合閘瞬間速斷跳閘。在上電調試環節，現場操作柱起動，配電柜合閘瞬間跳閘，綜保報速斷跳閘，動作值為5.94倍In。

故障原因分析：變頻器額定電流為47A，16-K-03額定電流為36.9A，實際二者并不完美匹配，經詢問廠家，隔離變壓器勵磁涌流較大，一般為額定電流的8-10倍，即376-470A，而16-K-03綜保速斷整定值為5.16，387A，無法躲過合閘時的沖擊電流，因此會速斷跳閘。

解決方法：為躲過沖擊電流，我們將速斷保護定值適當放大，同時為防止頻繁沖擊對變壓器造成損害，我們將合閘間隔控制在0.5小時左右。經探討和實驗，動作值在5.4-6.6倍之間，為最大限度提高躲過變壓器沖擊電流的成功率，同時又不失對工頻運行狀態下的電機的保護，我們將定值改為6.41，為變壓器額定電流的10.2倍，是電機額定電流的13倍，另外建議生產在沒有檢修作業需短時停機時只需遠程停止變頻器運行，不必在現場操作柱操作分閘斷路器。

三、定期維護及檢查

3.1連接線的檢查。變頻器投用一年后，之后每6個月需對所有內部接線進行檢查，包括一次電源進線及饋線、接地線、功率單元固定螺栓、二次接線等，查看螺栓是否發生松動，電纜是否發生發熱、變色、破損等現象。高壓變頻器長時間停機后恢復運行，應使用2500V兆歐表測量其絕緣電阻，測試絕緣合格后，才能啟動高壓變頻器，因變頻器出線一側禁止搖測絕緣，測量電機絕緣時需將出線電纜與變頻器脫開，單獨搖測電機絕緣。

3.2灰塵的清除。機柜內部的灰塵必須定期清理（至少一年1次）。允許輕微、干燥、絕緣的污染物，但由灰塵和高濕度導致的污染物必須被清理，尤其是陶瓷半導體器件和絕緣支座的表面必須保持清潔和干燥。清理時使用干抹布或刷子，衛生死角可使用真空吸塵器進行清理。

四、變頻改造的意義

在變頻改造之前，16-K-03加熱爐鼓風機的流量控制是通過電磁閥控制出口的開度來實現的，這種方法能耗較大，經濟效益差，易造成設備損壞，而且在實際運行中，系統需求的風量會隨工況的變化而變化，造成大部分功率消耗在擋板的節流過程中，從而造成能源的極大浪費。通過變頻改造，實現了電機無極調速，調速范圍寬，調節精度高，效率高，并實現了電動機的軟啟動，減小了起動沖擊及設備磨損。下面我們通過簡單計算來了解其節能效益。

三相異步電動機的功率計算公式：

假設一年中不間斷運行，時間

工頻運行時電壓、電流以及功率因數分別為。

則根據公式：

年用電量為：

變頻運行時電壓、電流以及功率因數分別為

則根據公式：

年用電量為：

年節省電量：

按照每度電電費0.65元計算，每年節省費用：

972360×0.65=632034元

經過粗略計算，16-K-03變頻改造項目的節能效益還是非常可觀的。

結 語

通過西門子GH180型高壓變頻器在加熱爐鼓風機16-K-03上的應用，可見其一，它能切實節約電能損耗，降低了生產成本;其二，它增大了系統調速范圍，提高了調速的精度，使生產操作更加靈活;其三，實現了電機軟啟動，減小對設備及電網的沖擊，延長了設備的使用壽。

參考文獻

[1] SINAMICS完美無諧波變頻器GH180用戶使用手冊

[2] 許振茂.變頻調速裝置及其調試運行與維修.北京兵器工業出版社1994