1、引言
變頻調(diào)速技術(shù)的成功出現(xiàn)，就以其優(yōu)異的性能代替了其他交流電機(jī)調(diào)速方式，乃至直流電機(jī)調(diào)速，而成為電氣傳動(dòng)的主要方式。交流電機(jī)調(diào)速的目的主要有兩個(gè)，一是為了滿足生產(chǎn)工藝要求，二是為了達(dá)到節(jié)能降耗的目的，在儲(chǔ)運(yùn)車間P433原油泵改造方案中，就將變頻器應(yīng)用到該系統(tǒng)中。
2、改造前的工況
P433泵型號(hào):??250AYSⅡ-150×2A;
額定流量:??472?m3/h;
額定揚(yáng)程:??272m;
軸功率:???443kW;
效率:????79%;
額定轉(zhuǎn)速:???2950r/min?;
運(yùn)行時(shí)出口壓力:?2.8MPa;
允許出口最小壓力:?2.1MPa。
配套電機(jī)型號(hào):?YB560S2－2;
額定功率:?560kＷ;
額定電壓:?6000Ｖ;
額定電流:?64.1Ａ;
額定轉(zhuǎn)速:?2967?r/min;
功率因數(shù):?0.89;
運(yùn)行時(shí)電流:?39.1Ａ。
現(xiàn)場(chǎng)是通過(guò)調(diào)節(jié)泵出口閥門的開(kāi)度，即改變管網(wǎng)阻力來(lái)調(diào)節(jié)流量，同時(shí)改變了出口壓力。根據(jù)泵的特性，調(diào)節(jié)出口閥門的開(kāi)度，將使效率下降。若采用改變泵電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，閥門全開(kāi)，管網(wǎng)阻力曲線不變，降低水泵的揚(yáng)程以減小流量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，允許出口最小壓力為2.1Mpa，允許最小流量為240t/h，在滿足此要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)速，使泵效率在高效點(diǎn)運(yùn)行，即變速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)，泵從電網(wǎng)吸收功率要減少，因此采用變速調(diào)節(jié)，能把消耗在節(jié)流中的損耗省下來(lái)，達(dá)到節(jié)能的目的。
3、高壓變頻裝置原理及特點(diǎn)
變頻裝置采用多電平串聯(lián)技術(shù)，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6kV系列變頻裝置由18個(gè)功率單元構(gòu)成，每6個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相，如圖1所示。
功率單元的電路結(jié)構(gòu)及原理:每個(gè)功率單元由整流、濾波、逆變、旁通、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、模擬量采集、PWM形成等電路組成。
輸入側(cè)由移相變壓器給每個(gè)單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組;這種多級(jí)移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近于1。?
另外，由于變壓器副邊繞組的獨(dú)立性，使每個(gè)功率單元的主回路相對(duì)獨(dú)立，類似常規(guī)低壓變頻器。
輸出側(cè)由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過(guò)對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無(wú)須輸出濾波器就可以使輸出電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造;同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗也大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。
由于應(yīng)用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機(jī)拖動(dòng)等綜合性領(lǐng)域的學(xué)科技術(shù)，因此變頻調(diào)速具有其它調(diào)速方式無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn):
（1）變頻器采用液晶顯示數(shù)字界面，調(diào)整觸摸式面板，可隨時(shí)顯示電壓、電流、頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速等，可非常直觀地顯示電機(jī)在任何時(shí)間的實(shí)時(shí)狀態(tài);
（2）精確的頻率分辨率和高的調(diào)速精度，完全可以滿足各種生產(chǎn)工藝工況的要求;
（3）高壓變頻器具有國(guó)際通用的外部接口，可以同可編程控制器（PLC）和工控機(jī)等各種儀表相連，并可與原設(shè)備控制回路相連接，構(gòu)成部分閉環(huán)系統(tǒng)，如與原DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和連鎖控制等;
（4）具有就地和異地操作功能，另可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能;
（5）具有電力電子保護(hù)和工業(yè)電氣保護(hù)功能，保證變頻器和電機(jī)在正常運(yùn)行和故障時(shí)的安全可靠;
（6）電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)，啟動(dòng)電流小，小于電機(jī)的額定電流，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間可連續(xù)可調(diào)，減少了對(duì)電網(wǎng)影響;
（7）減少配件的損耗，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率。
4、系統(tǒng)方案
??????4.1 改造前的系統(tǒng)
改造前的系統(tǒng)為采用高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備直接控制高壓電機(jī)運(yùn)行，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度來(lái)改變流量及閥門出口壓力。
??????4.2 改造后的系統(tǒng)方案
??????改造后的系統(tǒng)方案是采用高壓變頻調(diào)速裝置對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而進(jìn)行調(diào)節(jié)流量及閥門出口壓力。同時(shí)帶有旁路系統(tǒng)，當(dāng)變頻器故障是可以打到旁路運(yùn)行。
???? 5、變頻節(jié)能分析
根據(jù)流體力學(xué)原理，對(duì)于調(diào)速泵來(lái)說(shuō)，有如下關(guān)系;
泵輸出流量的大小與所拖動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速的平方成正比;
泵消耗的功率大小與所拖動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速的立方成正比;
由于調(diào)速電機(jī)所拖動(dòng)的泵的額定揚(yáng)程為272m，如當(dāng)輸送原油的管網(wǎng)壓力為2.1Mpa（相當(dāng)揚(yáng)程為210m），則可。
（1）計(jì)算出調(diào)速泵在調(diào)速運(yùn)行中的最低轉(zhuǎn)速:
r/min當(dāng)管網(wǎng)壓力為2.1Mpa時(shí)，調(diào)速最低速為2592?r/min，此時(shí)泵輸出的流量為262.11?t/h，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)要求240?t/h的要求。
（2）改造前作為恒速泵的原油泵消耗功率的計(jì)算:
泵工作時(shí)所需的軸功率=（介質(zhì)密度×重力加速度×流量×揚(yáng)程）÷（1000×泵的效率）。?
（3）改造后作為調(diào)速泵的原油泵進(jìn)行輸送消耗功率的計(jì)算。
原油介質(zhì)密度按0.800t/m3（40℃）計(jì)算，電機(jī)的效率按92%計(jì)算。
改造前、后正常運(yùn)行時(shí)泵消耗的功率（根據(jù)上面公式計(jì)算）如附表所示:
附表、系統(tǒng)改造前、后正常運(yùn)行時(shí)泵消耗的功率
??????由此可見(jiàn)，將一臺(tái)原油泵拖動(dòng)電機(jī)改為由變頻裝置調(diào)速運(yùn)行后，一年可節(jié)約電費(fèi)約55.74萬(wàn)元。?????
6、結(jié)束語(yǔ)
高壓變頻調(diào)速控制作為一種新型的調(diào)速方法，其性能優(yōu)于其它調(diào)速方式，是現(xiàn)代化大型電廠廣泛采用的一種節(jié)能控制手段。變頻改造工程促進(jìn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的明顯提高，并且它以高性能、高可靠性和調(diào)節(jié)的靈活性以及操作的簡(jiǎn)便性，贏得了運(yùn)行人員的認(rèn)可。