供排水車間二循裝置43#、44#、48#循環(huán)水泵負(fù)責(zé)聚丙烯車間1——7套聚丙烯生產(chǎn)供水，43#、44#、48#循環(huán)水泵電機(jī)分別為300KW、300KW、450KW，43/44#泵最大輸出流量1000噸/h，48#泵最大輸出3000噸/h。正常生產(chǎn)時(shí)48#泵和43#泵（或44#泵）同時(shí)運(yùn)行，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)泵出口閥來控制流量，循環(huán)水壓力控制在0.4~0.6MPa，如圖1所示。

聚丙烯生產(chǎn)負(fù)荷變化大，最大負(fù)荷時(shí)，總需水量3800噸/h；最小負(fù)荷時(shí)，總需水量1000噸/h；平均負(fù)荷2400噸/h。低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，為保證管網(wǎng)壓力不大于0.6 MPa，手動(dòng)調(diào)節(jié)泵出口閥門，但響應(yīng)速度慢，無法應(yīng)對(duì)流量的變化需求，需要不生產(chǎn)的聚合釜的循環(huán)水閥門仍然處于打開，這樣造成大量電能的浪費(fèi)。

圖1 聚丙烯循環(huán)水示意圖

解決方案

采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的恒壓供水。

由于43/44#泵輸出流量小，變頻改造后變頻調(diào)速空間小，所以此次對(duì)48#泵電機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造（電機(jī)參數(shù)：YB₂450—6 450KW /6KV 54.5A）。正常生產(chǎn)時(shí)，43^#/44^#泵處于工頻運(yùn)行，生產(chǎn)用水變化量由48#泵變頻進(jìn)行調(diào)節(jié)。如圖2所示。

圖2 配置方案

1. QF1、QF2、QF3：高壓開關(guān)
2. 變頻器：增設(shè)西門子完美無諧波高壓變頻器，用于變頻驅(qū)動(dòng)48#泵
3. K1、K2、K3：48#泵工頻旁路柜，其中K2、K3機(jī)械互鎖，可以同時(shí)分閘而不能同時(shí)合閘。當(dāng)變頻器故障或檢修時(shí)，可以將48#泵切換到工頻運(yùn)行，系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行。

變頻控制方案采用恒壓閉環(huán)控制，變頻器選用西門子完美無諧波變頻器(輸入電源6KV/輸入隔變630KVA/輸出電壓0～6KV/額定輸出電流70A)?，F(xiàn)場不具備DCS控制條件，因此變頻改造的控制利用變頻器本身的內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器來控制。

現(xiàn)場壓力表改為能輸出電流信號(hào)的壓力變送器，壓力變送器將0—1MPa的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為4—20mA電流信號(hào)送至變頻器控制接口。保持循環(huán)水管網(wǎng)壓力位恒定，控制壓力設(shè)定為0.5 MPa，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來保證生產(chǎn)的正常需水量。

高壓變頻器原理

西門子羅賓康高壓變頻器輸入端采用專用干式隔離變壓器，二次繞組采用延邊三角形接法，實(shí)現(xiàn)多重化，以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的。6kV電壓經(jīng)過副邊多重化的隔離變壓器降為18個(gè)有相位差的630V子電源系統(tǒng)供給對(duì)應(yīng)的低壓變頻功率單元，每相由6個(gè)額定電壓為630V的功率單元串聯(lián)而成，功率單元為三相輸入、單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結(jié)構(gòu)。

再由低壓PWM變頻功率單元多重串聯(lián)實(shí)現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動(dòng)機(jī)。由于采用36脈沖的整流電路結(jié)構(gòu)，輸入電流波形接近正弦波。由于輸入電流諧波失真很低，變頻器輸入的綜合因數(shù)可達(dá)到0.95以上，對(duì)電網(wǎng)的諧波污染小，不用增設(shè)濾波器。

逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術(shù)，6kV輸出相當(dāng)于13電平，輸出電壓非常接近正弦波，dv/dt很小。電平數(shù)的增加有利于改善輸出波形，由諧波引起的電機(jī)發(fā)熱，噪音和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)都大大降低，因此也不用增加輸出濾波器。

高壓變頻器內(nèi)部原理示意圖如下：

圖3　高壓變頻器內(nèi)部原理系統(tǒng)示意圖

改造內(nèi)容

變頻器柜由旁路刀閘柜、變壓器柜和單元柜組成。高壓電源由二循6KV高壓開關(guān)柜供電，控制電源380V取自二循低壓回路，壓力變送器由增上的220VAC/24VDC開關(guān)電源供電。原高壓柜的二次控制回路不能滿足工頻/變頻的運(yùn)行條件，因此對(duì)高壓開關(guān)柜的二次回路進(jìn)行了相應(yīng)的改動(dòng)，如圖4所示。

圖4 變頻改造二次回路圖

在原高壓柜上增加變頻/旁路轉(zhuǎn)換開關(guān)SA和就地合閘按鈕SB，就地合閘按鈕用于變頻運(yùn)行時(shí)，高壓柜給高壓變頻器送電。取消原高壓柜內(nèi)的DCS分、合閘回路。

當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA轉(zhuǎn)到“旁路”運(yùn)行時(shí)，由現(xiàn)場電機(jī)旁的操作柱按鈕直接啟、停高壓開關(guān)柜斷路器。

當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA轉(zhuǎn)到“變頻”運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場電機(jī)旁的操作柱按鈕只能啟動(dòng)/停止高壓變頻器，不能直接控制高壓開關(guān)柜斷路器。高壓柜斷路器的分合閘由高壓開關(guān)柜按鈕SB、SB2實(shí)現(xiàn)。

增加了變頻器跳閘回路，變頻器故障直接通過綜保器完成高壓斷路器跳閘。高壓變頻器內(nèi)置保護(hù)功能完善，有過電壓、過電流、欠電壓、缺相、變頻器過載、變頻器過熱、電機(jī)過載、輸出接地、輸出短路等保護(hù)功能，隔離變壓器的各種保護(hù)完備，變頻器帶轉(zhuǎn)速跟蹤再起動(dòng)功能。

節(jié)能情況

經(jīng)過24小時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)和監(jiān)控，得出了如下數(shù)據(jù)：

表1 改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比表

通過對(duì)比可以看出在變頻工況下運(yùn)行電機(jī)電流降低14.5A，有功功率降低162kW，功率因數(shù)提高0.16，24小時(shí)節(jié)電3800KWH。照此推算一年可節(jié)電138.7萬度，按0.6元/度電，一年可節(jié)約電費(fèi)約83.2萬元，僅電費(fèi)一項(xiàng)不到一年半即可收回投資，另外由于設(shè)備運(yùn)行頻率降低和系統(tǒng)壓力降低，可大幅減少設(shè)備維護(hù)量，減少循環(huán)水的用量和浪費(fèi)及補(bǔ)水量，經(jīng)濟(jì)效益也是相當(dāng)可觀的。

（摘編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“高壓變頻器在循環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用”，作者為徐洪濤。）