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1 前言
　　隨著(zhù)化工磷復肥行業(yè)近年迅速發(fā)展，在磷肥生產(chǎn)中，大型磷肥裝置紛紛建成投產(chǎn)。在生產(chǎn)的流程中，風(fēng)機、渣漿的調速通常使用的是用液力耦合器進(jìn)行調速，滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)的需要。根據各單位的實(shí)際需要，通常使用的是用液力耦合器對風(fēng)機、泵進(jìn)行20%~80%調速。但電機在工頻狀態(tài)下運行，多余的動(dòng)能通過(guò)液力耦合器轉化成熱能讓冷卻水帶走。這樣從能源使用上和生產(chǎn)維護上都不經(jīng)濟，結合現在高壓變頻器的技術(shù)發(fā)展，為節能減排工作提供了很好的解決辦法。采用變頻調節控制技術(shù)，取消原來(lái)的液力耦合器及相應的冷卻水泵及冷卻水，降低生產(chǎn)中的能源及資源消耗。做好清潔生產(chǎn)、節能降耗。
2現場(chǎng)設備介紹
　　云南云天化國際化工股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)云天化國際）是云天化集團有限責任公司的控股子公司。它的成立是為遵循云南省委、省政府加速培育一批國內一流、乃至世界一流的大型企業(yè)集團的總體要求，擁有高濃度磷復肥510萬(wàn)噸的年生產(chǎn)能力，可實(shí)現銷(xiāo)售收入超過(guò)300億元。形成的高濃度磷復肥產(chǎn)能現居中國之首，亞洲第一，世界第二，形成了國內一流、國際知名的、具備規模生產(chǎn)各類(lèi)高濃度磷復肥和專(zhuān)用復合肥的大型磷化工企業(yè)。
　　云南云天化國際化工股份有限公司富瑞分公司是云天化國際的子公司，成立于2002 年11 月11 日， 在2009年的電氣節能改造工作中，對一臺710kW/6kV的CO1O1尾氣風(fēng)機和二臺450kW/6kV的磷酸膏渣漿泵進(jìn)行的變頻器改造，經(jīng)過(guò)多家產(chǎn)品對比，決定選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-710F,JD-BP37-450F型變頻器。通過(guò)一年多的運行觀(guān)察分析，設備運行穩定，達到了預期目的。
　　現場(chǎng)設備尾氣風(fēng)機的電機參數如下表1所示，二臺450kW/6kV的磷酸膏渣漿泵的參數相同，其中P0209A泵的電機參數如下表2所示。

　　原系統電動(dòng)機拖動(dòng)渣漿泵，是將管道中的化工原料利用渣漿泵移動(dòng)到另一工藝的管道中，實(shí)現生產(chǎn)工藝要求，原系統利用液力耦合器實(shí)現調速控制。CO1O1尾氣風(fēng)機用于干燥生產(chǎn)出來(lái)的重鈣產(chǎn)品，將重鈣產(chǎn)品吹到干燥鍋爐內進(jìn)行干燥，燃耗再進(jìn)行下一步工藝流程，原系統利用液力耦合器實(shí)現調速控制。
3新風(fēng)光變頻器和液力耦合器的優(yōu)缺點(diǎn)比較
3.1液力耦合器調速
　　液力偶合器調速是高壓電機領(lǐng)域中傳統的調速方式，但能耗大、效率低，其原因是存在嚴重的耦合損失和轉差損失。耦合損失是由于液壓油內摩擦造成的；轉差損失是由于調速時(shí)輸出軸和輸入軸存在轉差造成的，這種損失隨轉差的增加而上升，即效率η=1-s，其中s為轉差率。這兩部分損失最終都變成熱損失，雖然一次投資少，成本低，但調速精度差，同時(shí)還存在嚴重非線(xiàn)性，只在15%~ 85%間是調節線(xiàn)性區，即使在這區間，仍存在增速與減速間逆差間隙，造成自動(dòng)系統很難投入運行。運行不可靠，國內已有多起由于液力耦合器葉片破損造成事故的先例，其主要原因是液力耦合器制造精度難以提高。并且采用液力偶和器調速方法需要一整套油系統，維護工作量很大。
3.2變頻調速
　　變頻調速是通過(guò)改變電動(dòng)機定子供電頻率來(lái)改變旋轉磁場(chǎng)同步轉速進(jìn)行調速的，是無(wú)附加轉差損耗的有效調速方式。突出優(yōu)點(diǎn)是調速效率高，啟動(dòng)能耗低，調速范圍廣，可實(shí)現無(wú)極調速，動(dòng)態(tài)響應速度快，調速精度高，操作簡(jiǎn)便，且易于實(shí)現生產(chǎn)工藝的控制自動(dòng)化。此外，在裝置發(fā)生故障后能可采取措施投入人工頻運行，不會(huì )影響生產(chǎn)作業(yè)是其較顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)。由于它的調速性能優(yōu)于其他調速技術(shù)，安裝場(chǎng)地條件又比較靈活，應用范圍廣泛，是市場(chǎng)需求增長(cháng)較快的調速方式。
3.3新風(fēng)光變頻器和液力耦合器的優(yōu)缺點(diǎn)比較
 

4 新風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻器優(yōu)點(diǎn)
　　山東新風(fēng)光是國家高新技術(shù)企業(yè)，風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機。
　　風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻器除具有一般普通變頻器的功能外，還具有以下性能特點(diǎn)：
（1）采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，讓控制更精準。
（2）飛車(chē)啟動(dòng)功能：能夠識別電機的速度及轉向并在電機不停轉的情況下直接起動(dòng)。為了適應國內電網(wǎng)波動(dòng)大，系統提供旋轉中再啟動(dòng)功能。從而在電網(wǎng)電壓波動(dòng)超過(guò)＋15～－35％U0情況下，系統能夠提供有效過(guò)、欠壓保護；在電網(wǎng)恢復正常后，自動(dòng)搜索跟蹤電動(dòng)機轉速及轉向按照設定曲線(xiàn)恢復正常運行狀態(tài)，保證設備安全運行不跳閘。為了滿(mǎn)足不同現場(chǎng)對旋轉中再啟動(dòng)功能的需求，系統提供完備的參數設定功能，真正適應現場(chǎng)運行工況要求。
（3）完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)：現在的高壓變頻器一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機轉至工頻運行，旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式，手動(dòng)旁路需人工操作，時(shí)間較長(cháng)，適應于無(wú)備用裝置或不重要的運行工況，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉換至工頻運行。我公司提供的自動(dòng)旁路切換柜，不僅可實(shí)現變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉換至工頻運行狀態(tài)，還可實(shí)現在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻的功能，整個(gè)轉換過(guò)程不會(huì )對用戶(hù)設備的運行造成任何影響。
（4）旋轉中再啟動(dòng)功能：運行過(guò)程中高壓瞬時(shí)掉電三十秒鐘內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動(dòng)運行到掉電前的頻率。
（5）線(xiàn)電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）：變頻器某相有單元故障后，為了使線(xiàn)電壓平衡，傳統的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線(xiàn)電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線(xiàn)電壓均衡輸出。在運行中，如果有任意三個(gè)單元以?xún)瘸霈F故障，變頻器本身會(huì )自動(dòng)旁路該單元，同時(shí)變頻器主控系統具有星點(diǎn)漂移功能，使三相輸出線(xiàn)電壓保持平衡，不會(huì )對電動(dòng)機造成不利影響。
（6） 具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會(huì )導致重大事故。變頻器在發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發(fā)生。
5對變頻設備的技術(shù)要求
（1） 保證滿(mǎn)足系統工藝的運行條件。
（2）不改變原有設備的運行模式和控制方式。
（3） 變頻改造設備與原工頻動(dòng)力系統為并聯(lián)互鎖連接關(guān)系。
（4）在保證系統運行工況的前提下進(jìn)行節能。
（5） 變頻設備可與原監控設備進(jìn)行通訊，用于生產(chǎn)監控，同時(shí)提供相應的接口電路。
6變頻改造一次回路及原理
6.1磷酸渣漿泵P0209A/B一拖二系統圖
　　因現有6kV配電室沒(méi)有足夠空間，決定采用變頻器的1拖2功能，可分別拖動(dòng)P0209A/B兩臺泵。且采用手動(dòng)旁路功能。一拖二變頻調速系統原理圖如下：

　　圖1 磷酸渣漿泵P0209A/B一拖二系統圖

　　它是由六個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)K1～K6組成（見(jiàn)圖1）。其中K2和K3,K5和K6安裝機械互鎖裝置；K2和K5,K4和K1有電氣互鎖。如果DL1和DL2電源同時(shí)供電，A泵工作在變頻狀態(tài)，B泵工作在工頻狀態(tài)時(shí)，K3和K4、K5分閘，K2、K1和K6處于合閘狀態(tài)；B泵工作在變頻狀態(tài)，A泵工作在工頻狀態(tài)時(shí)，K2和K1、K6分閘，K4、K5和K3處于合閘狀態(tài)；如果檢修變頻器，K3和K6可以處于任一狀態(tài)，其它隔離開(kāi)關(guān)都分閘，兩臺負載可以同時(shí)工頻運行；DL1或DL2一路電源檢修時(shí)，可以通過(guò)分合隔離開(kāi)關(guān)使任一電機變頻運行。
　　保持原有對電機的保護及其整定值不變。
6.2CO1O1尾氣風(fēng)機主回路系統圖
　　尾氣風(fēng)機采用一拖一運行方式，配置手動(dòng)旁路柜。

　　圖2 CO1O1尾氣風(fēng)機主回路系統圖

　　圖2旁路柜中，共有3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動(dòng)機構，實(shí)現電磁互鎖。當K1、K3閉合，K2斷開(kāi)時(shí)，電機變頻運行；當K1、K3斷開(kāi)，K2閉合時(shí)，電機工頻運行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái)，便于檢修、維護和調試。
　　旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖， DL合閘時(shí)，絕對不允許操作旁路隔離開(kāi)關(guān)與變頻輸出隔離開(kāi)關(guān)，以防止出現拉弧現象，確保操作人員和設備的安全。
　　故障分閘：將變頻器“高壓分斷”信號與旁路柜“變頻投入”信號串聯(lián)后，并聯(lián)于高壓開(kāi)關(guān)分閘回路。在變頻投入狀態(tài)下，當變頻器出現故障時(shí)，分斷變頻器高壓輸入；旁路投入狀態(tài)下，變頻器故障分閘無(wú)效。
　　保護：保持原有對電機的保護及其整定值不變。
6.3 變頻器改造后對液力耦合器的處理
　　經(jīng)過(guò)對原系統進(jìn)行分析，對原系統設備的控制由原來(lái)的液力耦合器調節改為變頻器調節，改造方案有如下兩種：一是將電機與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通；二是將電機前移直接與負載相連，由變頻器直接對負載設備進(jìn)行調速。本次改造項目采用后一種方案，變頻器設備接入用戶(hù)側高壓開(kāi)關(guān)和擬改造電機之間，變頻器控制接入原有的DCS系統，由DCS系統來(lái)完成正常操作，調整負載轉速為生產(chǎn)工藝要求值。
6.4對外接口
　　模擬量輸入：2路，4～20mA 。4～20mA時(shí)輸入阻抗250Ω，用于接收速度設置或被控量設置的模擬信號；現場(chǎng)的流量、壓力等信號。
　　模擬量輸出：2路，4～20mA 。4～20mA輸出時(shí)最大阻抗500Ω。以模擬方式輸出變頻器的運行速度；變頻器的輸入、輸出電壓、電流、功率及功率因數等變量。
　　數字量輸入：12路，光電隔離，隔離電壓500VAC。接收遠程控制信號，速度給定開(kāi)關(guān)信號及各開(kāi)關(guān)狀態(tài)等。
　　數字量輸出：9路，中間繼電器隔離，隔離電壓750VAC，接點(diǎn)容量5A。輸出變頻器狀態(tài)，控制主電源開(kāi)斷。
　　通訊接口：提供隔離RS485，MODBUS、以太網(wǎng)等通訊規約，實(shí)現與上位系統的通訊。
7效益分析
7.1 二期磷酸渣漿泵P0209節能效果統計分析
 

7.2 CO1O1尾氣風(fēng)機節能效果統計分析
 

　　通過(guò)以上兩個(gè)案例分析，由此可見(jiàn)，在滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的條件下，采用變頻調速便可將風(fēng)門(mén)或液離耦合器耗費的電能節約下來(lái)，一年節省電費79.6萬(wàn)元。
　　綜合效益：通過(guò)降低綜合運營(yíng)成本可達50%（電費成本＋設備故障成本＋設備維護成本＋設備更新成本＋耦合器的冷卻水系統運行成本）。另外由于變頻器具有軟啟停功能，延長(cháng)了設備的使用壽命。由此產(chǎn)生的間接效益將是無(wú)法估量。
8結束語(yǔ)
　　總之，云天化國際富瑞公司在風(fēng)機、泵類(lèi)負載進(jìn)行高壓變頻節能改造不管從操作、運行維護，還是節能方面都取得很好的效果，是成功的。其控制方便，靈活，優(yōu)良的調速性能，完全可以滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求；良好的節能效果，可以提高系統的運行效率。變頻器的使用大大提高了系統的自動(dòng)化控制水平，使整套設備的控制系統變得更加安全可靠，從而保證了生產(chǎn)的有效和穩定。