英威騰GD5000係列高壓變頻器在延邊某紙業公司增壓風機上的應用
一、概述：
在製漿（化學法）和造紙生產過程中主要產生三類廢水：黑（紅）液、中段廢水和紙機白水。黑（紅）液主要是蒸煮製漿廢水，中段水包括紙漿洗滌、篩選、漂白廢水，紙機白水為抄紙車間廢水。其中蒸煮廢水的環境汙染最嚴重，占整個造紙工業汙染的90%。
而酸法製漿產生的紅液是造紙業廢水處理的關鍵。造紙紅液處理的係統為MVR蒸發器。MVR蒸發器，是英文mechanical vapor recompression的簡稱。MVR是重新利用它自身產生的二次蒸汽的能量，從而減少對外界能源的需求的一項技術。
二次蒸汽，經過壓縮機的de壓ya縮suo，壓ya力li和he溫wen度du得de以yi升sheng高gao，熱re焓han隨sui之zhi增zeng加jia，被bei送song到dao蒸zheng發fa器qi的de加jia熱re室shi當dang作zuo加jia熱re蒸zheng汽qi即ji生sheng蒸zheng汽qi使shi用yong，使shi料liao液ye維wei持chi蒸zheng發fa狀zhuang態tai，而er加jia熱re蒸zheng汽qi本ben 身將熱量傳遞給物料本身冷凝成水。這樣，原來要廢棄的蒸汽就得到了充分的利用，回收了潛熱，又提高了熱效率。
目前該技術普遍應用於化工、製藥、造紙、汙水處理、海水淡化等行業。
二、MVR蒸發器係統
MVR蒸發器是重新利用它自身產生的二次蒸汽的能量，從而減少對外界能源的需求的一項技術。
其工作過程是低溫位的蒸汽經壓縮機壓縮，溫度、壓力提高，熱焓增加，然後進入換熱器冷凝，以充分利用蒸汽的潛熱。除開車啟動外，整個蒸發過程中無需生蒸汽。
多duo效xiao蒸zheng發fa過guo程cheng中zhong，蒸zheng發fa器qi某mou一yi效xiao的de二er次ci蒸zheng汽qi不bu能neng直zhi接jie作zuo為wei本ben效xiao熱re源yuan，隻zhi能neng作zuo為wei次ci效xiao或huo次ci幾ji效xiao的de熱re源yuan。如ru作zuo為wei本ben效xiao熱re源yuan必bi須xu額e外wai給gei其qi能neng量liang，使shi其qi溫wen度du(壓力)提高。蒸汽噴射泵隻能壓縮部分二次蒸汽，而MVR蒸發器則可壓縮蒸發器中所有的二次蒸汽.
rongyezaiyigejiangmozhengfaqili，tongguowuliaoxunhuanbengzaijiareguanneixunhuan。chushizhengqiyongxinxianzhengqizaiguanwaigeire，jiangrongyejiarefeitengchanshengerciqi，chanshengdeerciqiyouwolunzengyafengjixiru，jingzengyahou，erciqiwendutigao，zuoweijiarereyuanjinrujiareshixunhuanzhengfa。zhengchangqidonghou，wolunyasuojijiangercizhengqixiru，jingzengyahoubianweijiarezhengqi，jiuzheyangyuanyuanbuduanjinxingxunhuanzhengfa。zhengfachudeshuifenzuizhongbianchenglengningshuipaichu
由於成本原因，單級離心壓縮機和高壓風機被普遍用於機械蒸汽再壓縮係統。
蒸zheng發fa風feng機ji增zeng加jia泵beng是shi紅hong液ye蒸zheng發fa係xi統tong的de核he心xin部bu件jian，該gai裝zhuang置zhi的de可ke靠kao穩wen定ding運yun行xing是shi整zheng套tao，紅hong液ye蒸zheng發fa係xi統tong正zheng常chang運yun行xing的de根gen本ben保bao證zheng。由you於yu蒸zheng發fa風feng機ji增zeng壓ya風feng機ji泵beng在zai整zheng套tao係xi統tong中zhong的de特te殊shu功gong用yong，所suo以yi其qi是shi一yi個ge特te殊shu的de負fu載zai類lei型xing，即ji非fei風feng機ji又you不bu能neng等deng同tong於yu普pu通tong泵beng類lei負fu載zai，其qi對dui整zheng個ge蒸zheng發fa器qi生sheng產chan過guo程cheng中zhong的de工gong藝yi控kong製zhi有you很hen大da影ying響xiang。
三、化機漿蒸發風機泵工作原理
化機漿蒸發風機泵主要用於廠區廢液處理，現場工藝流程如圖1所示。
圖1現場工藝流程
工作流程：蒸發風機把高溫（大於100℃）的高溫蒸汽打入蒸發管道，然後把後級的蒸汽再抽回到蒸發器，如果蒸發器溫度低於100℃，那麼由廠來的高溫蒸汽將補充到蒸發風機裏，保持蒸汽溫度高於100℃。通過泵將預熱器加熱、濃縮處理的廢水引入到MVR蒸發器中，在熱交換器中，利用蒸汽對廢水進行循環加熱、蒸發、nongsuodengchuli，dedaodezhengliushuihuiliudaoyureqizhong，yiyongyuyureyuanyededaodenongsuoyehezhengqizejinrufenliqizhong，tongguofenliqi，fenlichudezhengqijinruyasuojinei，erfenlichudenongsuoyezebeizhijiehuiliuzhishoujiguanzhong，duinongsuoyejinxingchulikehuishouqizhongdeyouyongwuzhi、達到汙水零排放，保護環境。
（1）預熱器待處理的原液在進人蒸汽換熱器之前的溫度較低，為了充分利用係統內的熱能，需采用換熱器對原液進行預加熱。
（2）蒸發器預熱後的原液通過進料泵將其載入蒸發器，與經蒸汽壓縮機壓縮升溫升壓後的蒸汽進行換熱，使其迅速汽化蒸發。
（3）分離器：分離器是蒸汽和濃縮液進行分離的裝置。
（4）壓縮機（風機泵）是MVR係統的核心部件,它通過對係統內二次蒸汽進行壓縮，提高其熱焓，然後再將溫度和壓力提高了的二次蒸汽作為熱源用於係統加熱 。
（5）控製係統：工控機和PLC等構成了MVR蒸發器的實時控製係統。通過軟件編程，實時采集各種傳感器的狀態信號、從而自動控製馬達的轉速、閥門的開關和調節液體的流速和流量、溫度和壓力的控製和調節等、使係統工作達到動態平衡的狀態。同時該設備還具有自動報警、自動記錄參數和提供報表的各種功能。
（6）清洗係統溶液蒸發一段時間後，會發生結垢現象，結垢通過添加化學溶劑去除。
（7）真空係統：真空係統的作用是維持整個係統的真空度，從裝置中抽出部分空氣、不凝氣體以及溶液帶入的氣 體，以達到係統穩定的蒸發狀態。
四、變頻器調速節能原理
異步電動機的轉速n與頻率f、電動機轉差率s、電動機磁極對數p有以下關係：
N＝60f(1-s)/p
由以上公式可知，轉速n與頻率f成正比，隻要改變頻率f即可改變電動機的轉速，同時電動機的輸出功率也會發生變化，n與f之間呈線性關係，當f在0～50Hz變bian化hua時shi，轉zhuan速su的de調tiao節jie範fan圍wei是shi非fei常chang寬kuan的de。當dang負fu荷he變bian化hua而er引yin風feng機ji轉zhuan速su降jiang低di時shi，則ze輸shu出chu功gong率lv也ye隨sui之zhi遞di減jian從cong流liu體ti力li學xue的de原yuan理li得de知zhi，使shi用yong感gan應ying電dian動dong機ji驅qu動dong的de風feng機ji負fu載zai，軸zhou功gong率lvP與流量Q，揚程H的關係為：
當電動機的轉速由n1變化到n2時,Q、H、P與轉速的關係如下:
可見流量Q和電機的轉速n是成正比關係的，而所需的軸功率P與轉速的立方成正比關係。所以當需要80％的額定流量時，通過調節電機的轉速至額定轉速的80％，即調節頻率到40Hz即可，這時所需功率將僅為原來的51.2％。
如圖2所示，從風機的運行曲線圖來分析采用變頻調速後的節能效果。
圖2 增壓風機的運行曲線圖
當所需風量、流量從Q1減小到Q2時，如果采用調節擋板的辦法，管網阻力將會增加，管網特性曲線上移，係統的運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行，所需軸功率P2與麵積H2×Q2成正比；如果采用調速控製方式，風機轉速由n1下降到n2，其管網特性並不發生改變，但風機的特性曲線將下移，因此其運行工況點由A點移至C點。此時所需軸功率P3與麵積HB×Q2成正比。從理論上分析，所節約的軸功率Delt(P)與（H2-HB）×（C-B）的麵積成正比。
考慮減速後效率下降和調速裝置的附加損耗，通過實踐的統計，風機通過調速控製可節能10％～40％，有些風機負載節能比例達50%以上。
五、英威騰GD5000係列高壓變頻器技術特點
深圳英威騰研發生產的GD5000係列高壓變頻器采用多單元串聯技術，有自身的基本功能，也有與其它廠家變頻器獨特的優點，下麵對GD5000係列高壓變頻器可靠性作一介紹：
自2002年成立以來，已具有八年以上的生產變頻器設備及備品配件或類似設備的生產經驗，公司已於2006年1月通過IS09001質量保證體係認證。變頻裝置采用若幹個低壓PWM變bian頻pin功gong率lv單dan元yuan串chuan聯lian的de方fang式shi實shi現xian直zhi接jie高gao壓ya輸shu出chu。具ju有you對dui電dian網wang諧xie波bo汙wu染ran極ji小xiao，輸shu入ru功gong率lv因yin數shu高gao，輸shu出chu波bo形xing質zhi量liang好hao，不bu存cun在zai諧xie波bo引yin起qi的de電dian機ji附fu加jia發fa熱re、轉矩脈動、噪音、dv/dt及ji共gong模mo電dian壓ya等deng問wen題ti的de特te性xing，不bu需xu加jia輸shu出chu濾lv波bo器qi，就jiu可ke以yi使shi用yong普pu通tong的de異yi步bu電dian機ji，不bu需xu要yao更geng換huan電dian機ji。變bian頻pin裝zhuang置zhi內nei部bu通tong訊xun應ying采cai用yong光guang纖xian連lian接jie，以yi提ti高gao通tong訊xun速su率lv和he抗kang幹gan擾rao能neng力li。
- 在功率單元模塊設計上，針對不同電流範圍采用獨特進出線設計，抗幹擾能力更強；
- 在結構設計和電氣設計上，全麵采用抗電磁幹擾措施，最有效保證變頻器的可靠運行。
- 三核控製技術，高壓變頻器主控係統采用DSP＋FPGA+ARM和液晶觸摸屏巧妙配合，提供中文觸摸式操作界麵，控製係統高度集成化，抗幹擾能力強、功能更強大、控製更精準，增加了產品的可靠性。
- 豐富的控製功能，我司高壓變頻器繼承了其低壓控製的特點，控製功能非常豐富。表現在頻率控製方式非常靈活。分為A頻率控製與B頻率控製，A頻率控製可以有多種控製源（包括PID控製、多段速控製都屬於這方麵內容）；B頻率控製同樣有多種控製源，用戶可以靈活的選擇采用A頻率控製源，B頻率控製源還是A+B，A、Bzhongzuidazhi。tongguozhezhongshuxueshangdechouxiang，yingweitengdegaoyabianpinqibujinnengmanzujiandanchanghedegongyikongzhideyaoqiu，haikeyimanzutedingchanghedegongyikongzhiyaoqiu。lingwai，duiyuminglingtongdaodexuanzeyetongyangshifengfuduoyangde。keyijibenmanzuduozhongduoyangdeyingyongchangjing。
- 模塊冗餘配置，功率單元采用一定冗餘配置。功率開關器件按實際運行參數的2倍以上配置電流和電壓，如采用1700V高壓IGBT，器件參數餘量大，可靠性較高。
- 低諧波設計，額定負載時輸入側的（對電網的影響）諧波＜2％；輸出側的（對電機的影響）諧波＜2％；
- DSP控製係統對調製波形優化處理，確保輸出完美無諧波波形。
- AVR功能，可以根據母線電壓的波動自動調節輸出PWM信號的占空比，從而減輕電網電壓波動對於輸出電壓波動的影響。
- V/F控製的轉矩提升功能，提供低頻轉矩提升功能，其主要是用來解決低頻時定子電阻引起的電壓損失導致磁通不足的問題。
- 多種V/F曲線的選擇提供多種的V/F曲線形式（如：多點V/F曲線，1.3次冪、1.7次冪、2.0次冪V/F曲線），可以滿足各種不同的負載要求。
- 輸入電壓適應性強，允許網側電壓在10%～-15%之間波動。同時具有AVR功能，能夠根據母線電壓的波動自動調整輸出電壓。網側電壓在短時間小於85%～65％額定值或大於110%～120％額定值，高壓變頻調速係統不停機，保證電機持續運行。
- 超長瞬時掉電不停機，有效避免電網不穩定帶來的停機問題，我司高壓變頻器采用更好的瞬停處理方式，可以做到適應電網晃電1S以上，不管是風機，還是水泵，都可以做到該效果。如果風機類負載，最多可以電網晃電5S都沒有問題。
- 超(chao)低(di)頻(pin)轉(zhuan)速(su)追(zhui)蹤(zong)能(neng)力(li)，有(you)效(xiao)保(bao)證(zheng)掉(diao)電(dian)快(kuai)速(su)再(zai)啟(qi)動(dong)，具(ju)有(you)全(quan)頻(pin)段(duan)的(de)轉(zhuan)速(su)自(zi)動(dong)跟(gen)蹤(zong)啟(qi)動(dong)功(gong)能(neng)，不(bu)論(lun)電(dian)機(ji)掉(diao)電(dian)多(duo)久(jiu)，不(bu)論(lun)電(dian)機(ji)在(zai)頻(pin)段(duan)高(gao)低(di)時(shi)，都(dou)能(neng)自(zi)動(dong)搜(sou)索(suo)跟(gen)蹤(zong)電(dian)動(dong)機(ji)轉(zhuan)速(su)，按(an)照(zhao)設(she)定(ding)加(jia)減(jian)速(su)時(shi)間(jian)恢(hui)複(fu)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)，不(bu)用(yong)顧(gu)慮(lv)電(dian)機(ji)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)高(gao)壓(ya)電(dian)機(ji)即(ji)時(shi)的(de)啟(qi)動(dong)和(he)停(ting)止(zhi)控(kong)製(zhi)，保(bao)證(zheng)機(ji)組(zu)安(an)全(quan)啟(qi)動(dong)。
- 對稱旁路功能，單元體雙旁路技術，係統可靠性更高，采用的是機械式旁路（外部旁路）與電子旁路（內部旁路）可選的策略，其中機械式旁路可在200ms完wan成cheng功gong率lv單dan元yuan的de自zi動dong旁pang路lu，而er電dian子zi旁pang路lu，因yin為wei都dou是shi電dian子zi元yuan器qi件jian控kong製zhi，其qi動dong作zuo時shi間jian就jiu會hui很hen快kuai，毫hao秒miao級ji就jiu能neng完wan成cheng旁pang路lu的de動dong作zuo。並bing且qie不bu論lun是shi機ji械xie式shi旁pang路lu還hai是shi電dian子zi旁pang路lu，都dou經jing過guo了le嚴yan格ge重zhong載zai，小xiao慣guan量liang負fu載zai的de驗yan證zheng的de，完wan全quan可ke以yi可ke靠kao的de旁pang路lu。
- 雙上電限流電路設計，有效保護係統安全、延長設備壽命，采用了硬件限流以及軟件限流技術，當有效保護了因為負載突變而導致的係統過流故障的問題，提高了產品的可靠性
- 抗輸出短路保護技術，係統在輸出線纜短路的時候，能夠迅速保護，不會造成別的不良後果。
六、改造方案
2015年8yuemoyanbianshixianshuanglushiyeyouxianzerengongsihuajijiangfengjibengzengyafengjijinxinggaoyabianpintiaosugaizao，bencigaizaoduiyitaidiandongjijinxinggaizao，caiyongyituoyizidonggelifangshi，yinfengjidiandongjikecaiyonggong、變頻兩種方式運行。經過對比分析，選用深圳英威騰電氣股份有限公司生產的GD5000-A0400-06-S係列高壓變頻器，該裝置變頻器整流器件為二極管，逆變器件為IGBT，控製方式采用無速度傳感器矢量控製，運行性能更加優越。2015年8月新係統全部投入運行。
表1電機參數
表2配套高壓變頻器參數表1電機參數
七、係統運行工藝描述
變頻器的6kV電源經變頻裝置輸入刀閘與接觸器後到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經出線刀閘和接觸器送至電動機；6kV電源還可經旁路接觸器直接起動電動機。進出線刀閘與接觸器和旁路刀閘與接觸器的作用是：yidanbianpinzhuangzhichuxianguzhang，jikemashangduankaijinchuxiandaozhayujiechuqi，jiangbianpinzhuangzhigeli，shoudonghepanglujiechuqi，zaigongpindianyuanxiaqidongdianjiyunxing。pangluguijubeiwufangbisuogongneng；具備工、變頻方式指示功能；帶電指示功能和帶電閉鎖櫃門功能。
係統改造一次回路如圖3所示。為了充分保證係統的可靠性，給變頻器同時加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時，變頻器停止運行，電機可以直接自動（工藝要求手動）切換到工頻運行狀態下運行，這樣可以保證機組的正常安全運行。
為了實現變頻器故障的保護，變頻器對6kV開關QF進行聯鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF。當工頻旁路時，變頻器始終允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。
變頻調速係統由用戶開關、自動旁路櫃、GD5000係列高壓變頻器、高壓電機組成。旁路櫃是由三個真空高壓接觸器KM1、KM2、KM3和高壓隔離開關QS1、QS2組成。正常運行時QS1、QS2全部閉合，隻有在檢修時斷開。電機以變頻方式運行時， KM1、KM2閉合，QS3斷開；電機以工頻方式運行時，KM3閉合， KM1、KM2斷開。變頻與工頻之間切換自動/手動完成。旁路櫃嚴格按照“五防”聯鎖要求設計，變頻輸出開關KM2和工頻開關KM3互鎖，完全能夠保證變頻調速係統安全運行。
由於在整個變頻調速係統中前級用戶開關櫃具有過載保護裝置，因而手動旁路櫃不會對電機進行過載保護。同時用戶開關櫃必須按照8-10倍額定電流設置速斷保護值，確保躲過激磁湧流。
圖3 改造後的一次回路圖
節能改造後的經濟效益分析
增壓風機變頻改造後，高壓變頻器一次投運成功。達到了預期及節能以及控製上的要求。現場實際運行照片如圖4所示。
圖4現場高壓變頻器
與原有工頻驅動方式相比，目前擋板全開，變頻器運行在40Hz，與之前擋板調節方式相比消耗功率有明顯降低。經過統計綜合節電率可達25%
八、結束語
增zeng壓ya風feng機ji經jing過guo變bian頻pin改gai造zao以yi後hou，節jie能neng效xiao果guo非fei常chang明ming顯xian，而er且qie啟qi動dong頻pin率lv低di，轉zhuan速su低di，電dian流liu小xiao且qie平ping穩wen。實shi現xian了le軟ruan啟qi動dong，避bi免mian了le以yi前qian用yong工gong頻pin啟qi動dong時shi的de大da電dian流liu大da轉zhuan矩ju對dui電dian機ji、電纜、 開關及機械設備的衝擊。不僅延長了電機等設備的壽命，也減輕了軸承的磨損，提高了安全供電的可靠性。
建議在造紙廠新建項目、技術改造項目中全麵推廣應用變頻技術，淘汰擋板、閥門等獲利後低效調節方式，最大限度較少能源消耗和汙染物排放，提交能源利用率，為我國節能減排做出貢獻。
參考文獻
[1] GD5000係列高壓變頻器使用說明書.深圳市英威騰電氣股份有限公司。
[2]GD5000係列高壓變頻器調試指導書.深圳市英威騰電氣股份有限公司。