中壓變頻器V/F曲線頻率與電壓調整節能應用

楊春華

摘要：欽州天億石化有限公司成立于2017年1月10日，位于欽州港金谷石化產業園內，現有員工200人，一期投資建設液化氣綜合利用15萬噸MTBE裝置，10萬脫氫裝置，15萬噸異構裝置，項目點占地200畝，總投資5億元人民幣;主要產品有MTBE，異丁烷等。企業總用電負荷達到10MW，廠內最大的一臺設備3400KW，每月耗電量較大，占企業成本開支比重相對大;自國家推行產業節能政策以來，國家對企業能耗管理越來越重視，相關政策不斷出臺;節約能源對企業也是一種效益，減少企業成本，為此設備工程師對很多重要能耗設備通常采取變頻控制，以達到節能目的，國內企業對變頻控制要求精要求越來越高。

關鍵詞：變頻器;調整;節能

一、概述

隨著經濟技術發展，中壓變頻器使用越來越普遍;中壓變頻器大家都公認是節能產品，使用不但調控方便，還可產生節能效益，但如果使用不當，節能效果將大打節扣。本論文將通過實際節能操作案例，通過調整中壓變頻器輸出電壓，改變頻器在不同頻率狀態下運行曲線以達到提升變頻性能從而達到節能目的。本文將對中壓變頻節能控制性能進行論述，如何將設備性發揮到極致，為公司創造更好效益。首先帶領大家對中壓變頻器性能特點進行詳細了解，只有詳細了解設備才能更好使用設備，當然客戶選用設備時還要選用一款國內外知名的變頻廠家品牌使用，技術實力較差的廠家可能產品性能難以保證。

二、品牌中壓變頻器性能特點：

1、變頻器高可靠性：

中壓變頻器關鍵器件選用國際知名廠家的高品質器件，執行高標準器件降額設計。如選用了1700V高壓IGBT，EBM風扇等;專利設計的變壓器，可利用控制電源通過變壓器自身繞組對功率單元充電，減少合閘時對變壓器的沖擊;控制電源三級冗余，保證變頻器不間斷工作，系統掉電時控制參數和故障信息可靠保存;能夠適應適應惡劣的輸入電壓波動，可以在+15%～-45%輸入電壓范圍內工作;具有瞬間掉電不停機功能，在輸入電源發生瞬時降壓或停電的情況，變頻器不停機。在電源電壓恢復后立即重新加速，并恢復原狀;獨特的散熱、防塵設計，最高工作環境溫度可達55℃;主控系統采用三核控制架構，運算速度快，抗干擾能力強;主控與功率單元采用塑料光纖通訊，高速而可靠;主回路大容量設計，可達到180%的過載能力;產品設計滿足比IEC標準要求更為苛刻的指標，能夠在海拔高度至1000m 的高原環境輸出10kV額定電壓;具有過壓、過流、過載、欠載等完善的保護功能;通過了CE 認證和“國家電控配電設備質量監督檢驗中心” 10kV/1000kW以上容量輸出高壓變頻器型式試驗;中壓變頻器采用模塊組合工作模式，經過濾波處理后，輸出接近正弦波，諧波少，對設備穩定運行有好處。

2、變頻器高性能：

具有無速度傳感器/有速度傳感器控制模式，能夠實現轉矩控制，可實現轉矩控制和閉環控制切換;控制精度高，速度控制精度可達0.05%，調速范圍1：100，轉矩響應小于150ms，轉矩控制精度±3%;

能夠實現無障礙飛速啟動，快速準確停機，加速曲線可設置為S加減速;具有直流制動，勵磁制動功能，能夠快速實現制動，快速準確停機;能夠自動辨識電機參數;內置閉環控制（PID）功能;

3、變頻器高效率：

48/30脈沖整流，輸入電流為正弦波，無需輸入濾波;功率因數大于0.96，無需要功率補償;通過空間矢量和注入諧波分量，提高直流電壓利用率同時改善輸出波形質量;輸出接近正弦波，達到IEEE-519（1992）所規定的高次諧波電流輸出限制標準，無需輸出濾波，輸出電纜長度幾乎沒有限制;專利的變壓器設計，更低的銅損和鐵損，整機效率高達97%;

4、變頻器易調試

具備調試模式，在不連接高壓輸入情況下利用380V低壓電通過輸入移相變壓器的輔助繞組升至10KV，進行主功率的空載調試;強大的后臺調試軟件可大大縮短調試時間;輸出輸出端子可編程，能夠方便的實現用戶要求的功能;

三、新技術在中頻變頻器應用

①、雙核控制器設計，系統更可靠中壓變頻器主控制板采用2塊DSP加1塊FPGA作為主控制芯片：一片DSP實現邏輯控制，另一片實現算法控制，兩片主控制芯片通過雙口RAM實現數據交換。控制系統邏輯運行和算法控制獨立完成，其運算速度更快，抗干擾能力更強。

②、更寬的電壓工作范圍中壓變頻器對電網電壓在±10%范圍內波動，變頻器能滿載輸出;電網電壓短時下降至額定電壓的55%時，可繼續降額運行，不進行保護。

③、變壓器輔助繞組專利化設計

中壓變頻器通過變壓器自身專利化設計的380V輔助繞組，利用控制電源對功率單元先預充電，預充電完成后再合閘主電源，可減少合閘時對變壓器的沖擊，大大提高了變壓器的使用壽命。另外利用此繞組在只通控制電源情況下就可以對變頻器功率回路進行空載調試，大大簡化了調試過程。

④、更可靠控制電源冗余設計

中壓變頻器控制回路采用一路現場提供控制電源AC380V，一路專門設計的變壓器輸出電源AC380V，實時冗余熱備份，兩路控制電源之間無切換時間。只要主電源存在變頻器就會保持持續工作，不會因控制電源掉電而停機。當控制電源和高壓主電源均掉電后，系統仍然能夠通過超級電容供電保證變頻器安全停止，最大限度提高系統的可用性。

四、實施案例

天億石化工廠有一臺3400KW電機，負載為離心壓縮機，平常在40-45HZ之間調控，表現有轉矩不足，電流偏高缺陷。控制配套變頻器采用艾默生中壓變頻器。工廠電氣工程師在了解中壓變頻器具體性能后，選擇對中壓變頻輸出電壓進行調整（調整V/F曲線），達到調整轉矩特性，以達到最佳節能效果;本次針對負載特性，把V/F電壓3調到90%，V/F3頻率調到日常運行頻率43.69Hz，提高日常運行頻率下性能曲線。電氣工程師分別對調整前后進行記錄對比。變頻器參數調整前日常運行工況監控屏幕參數記錄如下圖1：

調整前圖中顯示，輸入電流183.5A（選L2相進行論述）;輸出電流222.4A（對應按V相論述）;輸入電壓10.19KV（L2L3相）;輸出電壓8.67KV（對應VW相）;運行頻率43.69Hz。

經過參數調整后，運行參數監控屏幕變成下圖2顯示的參數，

調整后圖中顯示，輸入電流174.2A（對L2相）;輸出電流204.7A（對應V相）;輸入電壓10.15KV（L2L3相）;輸出電壓8.98KV（VW相）;運行頻率43.69Hz。

通過上面兩張載圖，可以發現運行頻率同樣是43.69Hz;輸入電壓相差值為：0.04KV（屬于電網電壓波動），輸出電壓相差值為：0.31KV（扣除電網電壓波動0.04KV（約12.9%），最終值選為：0.27KV）;輸出電流相差值為：17.7A，如果扣除相應電網波動影響12.9%則得值15.4A，輸入電流相差值為：9.3A，扣除電網波動12.9%，實采用值為：8.1A。

根據上述運行參數，依據當地供電部門電價可計算出節能經濟效益如下（功率因數取0.96，變頻器功率因數）：

有功功率=I×U×cosφ=8.1×10.15×0.96=78.93KW;

每天24小時可節能：

78.93×24=1894.32KWH;

每年可節能（按8000小時計算）：

78.93×8000=631440KWH;

按當地實際電價0.67元度電主算，經濟效益：

631440×0.67=423064.80元;

五、總結

綜上所述企業從該項整改中每年可收益42萬多元，節能效果明顯，同時改變了變頻運行性能，值得廣大用戶推廣。經過向兄弟單位天恒石化推行使用，每天可增加產能50噸，每年可產生5百萬以上元效益，由于效益顯著，公司也對個人進行2萬元嘉獎。

參考文獻

[]行業標準 DLT593-2006 高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求

[2]行業標準 DLT994-2006 火電廠風機水泵用高壓變頻器