高壓變頻器在化工裝置中的應用

史曉宇

（北京石油工程有限公司西安分公司，陜西 西安 710075）

0 引言

隨著當前我國科技現代化發展的步伐逐步加快，現代電力電子技術以及微電子技術等領域都取得了明顯進步。聚焦于化工生產領域內，高壓變頻器裝置的設備改造技術得到了越來越廣泛的應用。本文以此為研究對象，對高壓變頻器裝置在化工裝置中的應用實踐進行深入分析與探索。

1 高壓變頻器裝置的相關概念介紹

1.1 高壓變頻器裝置的基本定義

變頻器裝置是一種在工業生產、公共服務設施建設當中用來進行電動機轉速調節的速度控制裝置，通過調節與控制輸出頻率、以及輸出電壓的方式實現。隨著當前我國科技現代化發展的步伐逐步加快，現代電力電子技術以及微電子技術等領域都取得了明顯進步。對于變頻器裝置中的較大功率、較高電壓的變頻器裝置也在不斷地實現技術上的趨于成熟。

1.2 高壓變頻器裝置的基本參數介紹

對于高壓變頻器裝置，包括以下3 個方面的具體參數：①高壓變頻器裝置的輸入值參數，主要包括變頻器裝置輸入的額定電壓、電流，額定電容值，有功功率及其因數，輸入次諧波與總諧波的失真度參數等等。②高壓變頻器裝置的輸出值參數，主要包括輸出的額定電壓及連續電流，額定功率及頻率范圍，電容過載能力范圍，以及輸出次諧波與總諧波的失真度參數等。③高壓變頻器裝置的效率參數，主要是指在變頻器裝置所設計的各個頻率范圍內，不同頻率值參數下的效率參數[1]。

1.3 高壓變頻器裝置的基本運行原理介紹

在我國目前的發展階段，高壓變頻器裝置被廣泛應用于石油化工行業、采礦業生產行業、市政公共用水提供、冶金冶煉以及供電服務行業等領域的風機設備、水泵設備、壓縮機設備以及軋鋼機設備等等。高壓變頻器裝置的基本運行方式有兩種：①閥門控制方法；②轉速控制方法。

一方面是閥門控制方法的基本原理。這種方法是通過對高壓變頻器裝置的出口閥門開合度的大小進行變頻調節與控制。其實質就是通過閥門開合度的大小，對高壓變頻器裝置管道中的流體量的大小進行控制，進而通過改變阻力的大小實現頻率的調節需要。另一方面是轉速控制方法的基本原理。這種方法是通過對泵的轉速調節方法實現流量控制，運用電子模式加以控制，其實質就是通過改變高壓變頻器裝置中流體的總能量對流量進行改變，在閥門開合度不變的基礎上進行轉速改變，實現頻率的調節需要[2]。

1.4 高壓變頻器裝置的具體類型梳理

在運用的實踐中，高壓變頻器裝置的類型多種多樣，較為常見的有以下9 種。

（1）電流型的高壓變頻器裝置。這種類型的高壓變頻器裝置是在其運行過程中的直流環節下，加入了電感元件裝置。這種方法具有顯著的技術優勢，具備良好的四象限運行能力，能夠較為便捷地實現電機制動功能；同時，這種方法也具有較為突出的問題，主要在于需要對逆變橋裝置處進行強迫性的換流操作，此外這種方法下的裝置整體結構較為復雜，運行過程中的調節環節操作也缺乏一定的便捷性。

（2）高壓型的高壓變頻器裝置。這種類型的高壓變頻器裝置是在其運行過程中的直流環節下，加入了電容元件裝置。這種方法同樣可以實現良好的四象限運行能力，是目前在各行業應用實踐中最為常見的高壓變頻器裝置類型。

（3）高低高型的高壓變頻器裝置。這種類型的高壓變頻器裝置采取的是升降壓的方法，在實際運行的中壓、高壓環境下，使用低壓或者通用型的變頻器裝置，先將裝置電壓降低到額定低壓變頻所允許的電壓控制參數范圍之內，經過變頻器裝置的頻率變換，形成振幅以及頻率都可以變化調整的交流電流，隨后再經過升壓變壓器裝置變換電機所需要的電壓參數。這種類型的高壓變頻器的裝置整體占地面積較大、裝置復雜程度高；其技術優點是能夠對任意電壓等級的電網及其電動機均能實現良好的匹配。

（4）高電流型的高壓變頻器裝置。這種類型的高壓變頻器裝置在其運行過程中的直流環節下，加入了電感元件裝置。輸入時采取可控硅移相來控制整體流量，輸出則采取強迫交流方式。這種方法同樣可以實現良好的四象限運行能力。

（5）高電壓型的高壓變頻器裝置。這種類型的高壓變頻器裝置先采取降壓裝置降低電網設備的電壓，隨后連接低壓變頻器裝置，最后再通過升壓變頻器裝置得到所需要的運行電壓等級。

（6）高高變頻型的高壓變頻器裝置。這種類型的高壓變頻器裝置是在電網設備與電機設備中間直接進行變壓器架構，減少運行緩沖，技術難度較高，但整體運行結構相對要更為緊湊。

（7）高高電流型的高壓變頻器裝置。這種類型的高壓變頻器裝置是采取GTO，SCR 或IGCT 等元件串聯而實現直接的高壓變頻。這種方法對裝置的散熱效果不夠理想，運行中的維修養護難度也較大。

（8）高高電壓型的高壓變頻器裝置。這種類型的高壓變頻器裝置是將器件進行直接串聯，在直流環節使用高壓電容進行濾波和儲能。實踐中這種方法的成本較高，同時電平數又較少；但由于其與低壓變頻器有著一樣的拓撲結構，因此它像低壓變頻器一樣具有四象限運行功能，也可以實現矢量控制。

（9）嵌位型的高壓變頻器裝置。這種類型的高壓變頻器裝置主要包括二極管型與電容型兩類。前者是采取二極管中點嵌位的方法，實現更多電平輸出的效果；后者是在裝置中增設懸浮電容的裝置，在實踐中的應用較少[3]。

2 高壓變頻器裝置在化工生產環節中的具體控制方法與注意事項

2.1 高壓變頻器裝置在化工生產環節中的具體控制方法

高壓變頻器裝置在化工生產環節中的具體控制方法，主要包括以下兩種：①遠程控制方法；②就地控制方法。在高壓變頻器裝置處于正常運行的狀態時，通常采取遠程控制方法進行具體操作，只需要在作業現場按成啟動與停止的操作，之后在具體的變頻環節可以實現自動化調整，這種方法調整的精確度較高，調整的效率與反應度也較為良好；而就地控制方法，是在高壓變頻器裝置產生運行故障、或者需要進行日常定期維護時使用，主要通過在高壓變頻器裝置的控制面板上直接進行，具體的操作內容包括高壓變頻器裝置啟動操作、停止操作、復位操作以及頻率升降操作等基本的主要操作行為，這種方法有利于對出現的故障問題進行更為直接地解決[4]。

2.2 高壓變頻器裝置在化工生產環節中的注意事項

高壓變頻器裝置在化工生產環節中的注意事項有以下3 個方面：①在高壓變頻器裝置的啟動環節，應當嚴格確認裝置的工頻處于正確的變頻模式下，這樣在裝置接受到變頻的操作信號時能夠實現相應的變頻調節。②如果在變頻信號傳遞并接收后的一定時間范圍內，沒有實現及時的變頻調節，那么就應當要仔細檢查高壓變頻器裝置是否出現了運行故障，對于故障為題第一時間采取針對性的維修措施加以解決。③在高壓變頻器裝置正常啟動后，需要在完成高壓合閘操作后等待1min 左右的時間，裝置才可以正常啟動進入運行狀態。

3 高壓變頻器裝置在化工生產中的具體應用類型

3.1 高壓變頻器裝置在化工配料操作中的具體應用

首先，是高壓變頻器裝置在化工配料操作中的具體應用，主要是用來解決化工配料當中的催化劑添加量、配料攪拌速度以及液體輸送流量和速度等具體環節，通過高壓變頻器裝置的使用，大幅度提高化工配料作業的精確度，對這一環節實現良好的精細化管理，從而能夠有效提高化工配料環節的輸出質量。尤其是在較大規模的配料生產環節中，使用高壓變頻器裝置能夠在確保化工配料質量的基礎上實現高效性，其作用的發揮是顯而易見的。高壓變頻器裝置在化工配料階段的科學應用，能夠實現精準的定量化設置，這樣可以大幅度減少由于人工操作誤差導致的配料生產質量問題，目前在化工生產領域已經得到了越來越高的認可度[5]。

3.2 高壓變頻器裝置在液化氣提取設備改造中的具體應用

其次是高壓變頻器裝置在液化氣提取設備改造中的具體應用。液化氣的提取設備，主要是將液化氣中的丙烷物質、原油物質等進行有效分離與提取，將其存儲入提取塔設備的頂罐位置處，這就需要對頂罐內的壓力值進行時時關注測量，如果壓力變化已經超出設備的允許值范圍，就需要調節頂罐的空氣閥門對丙烷等物質進行及時的液化處理。在這一過程中就需要相對大功率的電能供給，實現對液化壓縮設備的能量提供。在這一環節中應用高壓變頻器裝置，能夠有效降低液化壓縮環節的大量能源消耗，對于電網沖擊力的承受能力會相應有所提升，并且實現高度自動化運行模式。此外，高壓變頻器裝置在液化氣提取環節中的應用還能夠進行有效的矢量調節，具備運行效率提高、運行低速轉矩提升、運行諧波較少、運行輸出電壓的適應性與兼容度提高等諸多方面的技術優點[6]。

3.3 高壓變頻器裝置在爐條機操作中的具體應用

最后是高壓變頻器裝置在爐條機操作中的具體應用，主要是用來改善傳統類型爐條機設備的老舊、能耗高等突出問題。在我國現階段的爐條機設備使用中，大多安裝的是滑差電機裝置，運行功率較高，能源浪費非常大。在這種傳統方式下，對這種滑差電機裝置的速度調節，需要直接通過直流系統來完成。在爐條機操作中加入高壓變頻器裝置，就能夠避開直流系統這一環節，直接可以完成速度調節，從而大幅度節約能源消耗[7]。

4 高壓變頻器裝置在化工裝置中應用的注意事項梳理

高壓變頻器裝置在化工裝置中的應用，應當注意以下3 個方面問題。

（1）高壓變頻器裝置的使用，對于化工裝置的工藝使用具有一定的技術要求。只有在滿足相應技術水平的基礎之上，才能科學加入高壓變頻器裝置進行設備改造。這些技術水平主要集中于電網流量、揚程性能指數等方面，如果不能滿足這些技術參數要求，就不能進行強制性的設備改造，否則會導致安全隱患，無法實現節能與高效運轉的目的。

（2）高壓變頻器裝置的使用，需要在改造初期的調試環節嚴格把關，同時由于改造涉及的技術設備類型較多，因此如何進行設備之間正確的銜接與協調配合，就需要由具備相應資質的專業化技術人才進行設備的調試與頻率調節的控制，實現各環節設備在運行過程中的協調性與統一性，確保高壓變頻器裝置在安全使用區間內，最大限度避免產生設備運行過程中的安全隱患問題。

（3）高壓變頻器裝置的使用，其實質是對傳統化工設備的創新性升級與結構優化，是對傳統科技實現的一種創新和突破。因此，就需要建立相應的人才培養與儲備體系，從而奠定扎實的人才基礎與技術支撐[8-11]。

5 結語

綜上所述，高壓變頻器裝置能夠在化工生產的配料操作、液化氣提取設備改造以及爐條機操作等環節，初步實現設備的技術改造與實踐應用，并且取得了顯著成效。通過上述的分析探索我們可以發現，高壓變頻器裝置對設備的改造應用，在化工生產實踐中具有非常重要的現實意義。在化工生產裝置設備的改造應用領域，能夠實現有效的能源消耗縮減與設備運行成本的降低，同時有效提高化工產品的生產質量，在化工生產領域形成高度的自動化發展趨勢。這對于我國化工行業的可持續性發展能夠發揮重要的推動作用，是全面實現我國化工生產領域、乃至整個工業生產領域中社會效益與經濟效益共同發展進步的可信性舉措。