富士中壓變頻器在煉油廠循環水泵的應用

1　引言

　　茂名石化于1990年開始在煉油分部所屬生產裝置安裝各類變頻器200多臺。變頻器所帶負載有油泵、風機和濾機等，在調速和節能方面起著重要作用。

　　煉油生產過程中，流量、液面、壓力等參數常隨著工況的改變而改變。由于技術水平限制，沒有一種合適調速方法，因此只能采用控制閥門或擋板開度的方法來改變流量、液面等，即用人為增減阻力的辦法實現調節。工藝需要小流量時，大量能量損失在閥門或擋板上。變頻器能夠根據負載大小自動調節頻率，使各種工況下機泵電耗降至最低，起到節約大量電能的作用。

　　目前我公司使用富士中壓變頻器，電機運行時功率因數甚至可達到0.95以上，節能效果明顯。

2　富士中壓變頻器原理和性能指標

　　2.1　富士中壓變頻器工作原理

　　圖1是富士中壓變頻器的原理框圖。變頻器每相由4個相同功率單元串接而成，每個功率單元由輸入變壓器兩個二次線圈供電。每個二次線圈額定電壓均為480v，這樣每個功率單元的輸入額定電壓為960v，輸出電壓為0～960v，4個功率單元最大輸出電壓相加即為相電壓3840v，對應的線電壓為6650v，額定電壓視為6000v。

　　每個功率單元都可以視為一個采用igbt構成的三相輸入，單相輸出的pwm變頻器，輸出0～960v可調電壓和0～120hz可調頻率，其結構原理與通常的低壓變頻器原理一樣。

　　2.2　富士中壓igbt變頻器性能指標

　　frenic4600fm4系列變頻器采用了32位risc處理器的cpu，用于頻率控制、運轉程序、各種接口等基本控制;在需要進行高速運算的電流控制部、電壓指令整形部分別搭載了數字信號處理器（dsp）。為了對各種用途實現最佳控制，將系統作了固件化，它具有以下幾種功能：

　　（1）程序功能

　　可根據外部順序及控制信號，用軟件實現系統運轉和停止操作。

　　（2）調節功能

　　具有基于采樣控制，進行最佳控制的調節功能。

　　（3） 控制參數設定功能

　　用操作面板、編程器、pod或者集中監視系統，可以對系統的每個控制參數進行設定或作最佳調整。

　　（4） 故障檢測功能

　　故障發生時的信息可以通過操作面板、編程器、pod或者集中監視系統確認。而且通過編程器或集中監視系統還能夠采集故障發生前后的數據。

　　（5） 獨立運轉功能

　　無須連接上位機系統，僅使用frenic4600fm4就可以控制電機運轉。

　　（6） 停電保護功能

　　在發生停電故障時，ram的數據由電容支持保護，在不通電的狀態下數據可維持一個星期。

　　（7） 在線模擬量數據輸出

　　運轉中的部分數據可以以模擬量輸出。

3　富士中壓igbt變頻器在西二循循環水泵的應用

　　3.1　應用原因

　　西二循有3臺循環水泵分別是泵1/1、泵1/2、泵1/3，電機功率都是400

　　kw，這三臺高壓泵是互為備用的。裝置正常生產時開2臺高壓水泵，由于水壓過高，有一部分循環水要打回流，造成大量電能浪費，在泵1/1裝設中壓變頻器后，可以根據生產流程需要自動調節頻率，既能滿足生產用水要求，又能節省大量的電能。

　　3.2　效果分析

　　根據流體機械原理可知，對于泵類、風機類負載，流量和轉速成正比，而電機的軸功率與轉速的立方成正比。因此采用變頻技術在不同流量時消耗的功率為：

　　p變＝n3ped＝q3ped （1）

　　若采用閥門控制流量，電機在額定轉速下恒速運轉，在不同流量時電機消耗的功率為：

　　p閥＝（0.4+0.6q）ped （2）

　　式（1）、（2）中ped為閥門全開電機以額定轉速運行時消耗的功率，q為流量的相對值。從上面兩條公式可以算出，當流量q為額定流量的50%時，采用變頻調速技術時消耗功率為0.125ped，采用閥門控制流量消耗功率為0.7 ped。理論上節電率為：（0.7-0.125）/0.7＝82.1%，可見變頻器節能效果非常好。

　　在西二循泵1/1裝設變頻器投用后變頻器運行頻率是41hz，按照上面公式估算變頻器投用后每天可節電3682kw.h。同時還能減少對機泵的沖擊，減少機泵的維修量，延長機泵的使用壽命，節省大量的檢修費用。

4　變頻器一次、二次控制線路

　　作為煉油系統的循環水泵，在變頻器發生故障時要具有快速恢復送電功能，為此我們根據使用變頻器和不使用變頻器的特點，設計出該循環水泵既可以帶變頻器運行，又可以不帶變頻器運行。下面根據圖2來說明工頻運行、變頻運行一次、二次控制線路圖控制原理：

　　4.1　工頻運行

　　（1）一次電路

　　雙向刀閘qs打到工頻位置，如果qf開關合上，6kv高壓電通過qf開關、qs刀閘加到電機上，電機正常運轉，反之電機停機備用。

　　（2）二次控制線路

　　bk轉換開關打到工頻位置，①②、③④、⑤⑥三對觸點接通，按下sb1起動按鈕，（+wc）—1qf—sb1—③④—①②—合閘電路—1qf—（-wc）。合閘線圈得電qf開關合上電機正常運行，按下sb2停止按鈕，（+wc）—1qf—sb2—⑤⑥—跳閘電路—1qf—（-wc）。跳閘線圈得電qf開關斷開電機停止運行。

　　4.2　變頻運行

　　（1）一次電路

　　雙向刀閘qs打到變頻位置，qf開關合上，起動變頻器，6kv高壓電通過qf開關、變頻器、刀閘加到電機上，電機正常運轉，反之電機停機備用。

　　（2）二次控制線路

　　bk轉換開關打到變頻位置，⑦⑧、⑨⑩、三對觸點接通，在變頻器允許開機3zj常開觸點接通時，按下sb1起動按鈕，（+wc）—1qf—sb1—3zj—⑨⑩—1zj—1qf—（-wc）。1zj中間繼電器得電，起動變頻器，電機帶變頻器運行。按下sb2停止按鈕，（+wc）—1qf—sb2—⑦⑧—2zj—1qf—（-wc）。2zj中間繼電器線圈得電，變頻器停止運行。

5　結束語

　　使用變頻器，不僅能起到節能作用，而且延長機泵的使用壽命，減少機泵的維修量，是石化企業進行節能降耗理想電氣設備。