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中國石油錦西煉油化工總廠熱電公司 張文鴻
摘要： 本文通過對中國石油錦西煉油化工總廠熱電公司4#爐引、送、二次風機的高壓變頻節能改造的介紹，詳細敘述了改造的目的、技術方案、改gai造zao過guo程cheng和he原yuan理li特te性xing。具ju體ti分fen析xi了le改gai造zao效xiao果guo，特te別bie是shi經jing濟ji效xiao果guo。最zui後hou闡chan明ming節jie能neng改gai造zao的de意yi義yi，是shi企qi業ye由you粗cu放fang型xing的de管guan理li向xiang資zi源yuan節jie約yue型xing管guan理li轉zhuan變bian的de有you效xiao途tu徑jing，是shi企qi業ye增zeng效xiao的de新xin亮liang點dian。
關鍵詞：變頻 改造 節能 增效
1.前言
中國石油錦西煉油化工總廠熱電公司有75噸鍋爐3台，220噸鍋爐3台。其中1、2、3#爐是75噸鍋爐，4、5、6#爐是220噸鍋爐。6台鍋爐全部采用了引風、送(song)風(feng)和(he)二(er)次(ci)風(feng)機(ji)，這(zhe)些(xie)風(feng)機(ji)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)機(ji)是(shi)按(an)照(zhao)最(zui)大(da)額(e)定(ding)負(fu)荷(he)設(she)計(ji)的(de)，而(er)鍋(guo)爐(lu)一(yi)年(nian)中(zhong)能(neng)在(zai)最(zui)大(da)額(e)定(ding)負(fu)荷(he)段(duan)狀(zhuang)態(tai)下(xia)運(yun)行(xing)的(de)時(shi)間(jian)卻(que)很(hen)少(shao)，大(da)部(bu)分(fen)時(shi)間(jian)運(yun)行(xing)在(zai)三(san)分(fen)之(zhi)二(er)負(fu)荷(he)段(duan)上(shang)。這(zhe)樣(yang)，鍋(guo)爐(lu)對(dui)實(shi)際(ji)風(feng)的(de)需(xu)要(yao)量(liang)卻(que)不(bu)是(shi)所(suo)設(she)計(ji)的(de)最(zui)大(da)風(feng)量(liang)，而(er)應(ying)該(gai)是(shi)隨(sui)著(zhe)負(fu)荷(he)改(gai)變(bian)而(er)改(gai)變(bian)的(de)變(bian)化(hua)風(feng)量(liang)。為(wei)了(le)滿(man)足(zu)鍋(guo)爐(lu)對(dui)變(bian)化(hua)風(feng)量(liang)的(de)要(yao)求(qiu)，我(wo)們(men)傳(chuan)統(tong)工(gong)藝(yi)一(yi)直(zhi)采(cai)用(yong)調(tiao)整(zheng)風(feng)道(dao)檔(dang)板(ban)開(kai)度(du)的(de)辦(ban)法(fa)，這(zhe)種(zhong)辦(ban)法(fa)能(neng)夠(gou)改(gai)變(bian)和(he)調(tiao)整(zheng)風(feng)量(liang)，卻(que)無(wu)法(fa)調(tiao)整(zheng)驅(qu)動(dong)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)和(he)按(an)比(bi)例(li)節(jie)能(neng)，造(zao)成(cheng)了(le)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)中(zhong)能(neng)源(yuan)的(de)大(da)量(liang)浪(lang)費(fei)和(he)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)的(de)上(shang)升(sheng)。
2.改造目的
為了降低生產成本，降低能耗，適應我國關於能源節約與資源綜合利用“十五”規劃的要求，采用低消耗、低排放、高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)持(chi)續(xu)發(fa)展(zhan)理(li)念(nian)的(de)經(jing)濟(ji)增(zeng)長(chang)模(mo)式(shi)，應(ying)用(yong)變(bian)頻(pin)節(jie)能(neng)技(ji)術(shu)來(lai)改(gai)造(zao)傳(chuan)統(tong)工(gong)藝(yi)的(de)技(ji)術(shu)缺(que)憾(han)。我(wo)公(gong)司(si)經(jing)過(guo)對(dui)低(di)壓(ya)變(bian)頻(pin)技(ji)術(shu)的(de)廣(guang)泛(fan)成(cheng)熟(shu)的(de)應(ying)用(yong)，獲(huo)取(qu)了(le)較(jiao)大(da)的(de)節(jie)能(neng)效(xiao)果(guo)和(he)維(wei)護(hu)經(jing)驗(yan)。隨(sui)著(zhe)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)技(ji)術(shu)產(chan)品(pin)的(de)成(cheng)熟(shu)與(yu)穩(wen)定(ding)應(ying)用(yong)，我(wo)們(men)把(ba)這(zhe)一(yi)節(jie)能(neng)成(cheng)果(guo)又(you)進(jin)一(yi)步(bu)擴(kuo)大(da)到(dao)了(le)高(gao)壓(ya)電(dian)機(ji)上(shang)，並(bing)於(yu)2006年5月份對4#爐三台風機的驅動電動機進行了高壓變頻器改造。
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風機名稱 |
電機型號 |
額定電壓 |
額定電流 |
額定功率 |
功率因數 |
額定轉數 |
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一次風機 |
YFKK5004-4 |
6000V |
131A |
1120kW |
0.85 |
1490r/min |
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二次風機 |
YFKK5001-4 |
6000V |
94A |
800kW |
0.85 |
1490r/min |
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1#引風機 |
YFKK4505-6W |
6000V |
61A |
500kW |
0.85 |
990r/min |
3.實施的改造方案
3.1 變頻器的選型方案
由於高壓變頻改造所實施的具體方案與變頻器的選型有直接的關係,所以我公司首先進行了變頻器的選型考察，經過仔細認真地比較和公開招標，最後國產北京利德華福HARSVERT-A高壓變頻器以其優良的質量，齊全的技術性能和周到的售後服務一舉中標。
3.2 主回路方案
根gen據ju我wo公gong司si風feng機ji負fu荷he的de重zhong要yao性xing，我wo們men決jue定ding采cai用yong的de變bian頻pin控kong製zhi為wei一yi拖tuo一yi方fang案an，就jiu是shi一yi台tai變bian頻pin器qi帶dai一yi台tai風feng機ji電dian機ji。為wei了le增zeng加jia運yun行xing的de可ke靠kao性xing和he安an全quan性xing，又you增zeng設she了le工gong頻pin旁pang路lu回hui路lu。具ju體ti的de設she計ji方fang案an如ru圖tu1所示：
 圖1：一次主回路接線圖  圖2：高壓變頻調速係統結構圖
QF為用戶的真空斷路器，QS1、QS2、QS3為3台高壓隔離刀閘。在QS1和QS2之間是高壓變頻器，QS3為旁路刀閘。當電機需變頻運行時，應首先將QS3拉開，然後合QS1和QS2刀閘，最後再合真空斷路器QF使變頻器得電並啟動變頻器以驅動電機。當電機需工頻運行時，應將QS1和QS2刀閘拉開，將QS3旁路刀閘合入，最後合真空斷路器QF以直接驅動電機工頻運行。此運行方式為變頻器故障或檢修等特殊情況下用工頻來保證設備運行的備用工作方式。
上述方案為手動旁路的典型方案，要求QS2和QS3不能同時閉合，並在機械上實現安全互鎖。
為了實現對故障變頻器的保護，變頻器故障狀態下發出跳閘指令，對現場的高壓真空斷路器QF進行連鎖跳閘，以使變頻器斷開電源。同時三把刀閘都與斷路器QF電氣互鎖，隻有在斷路器分離時才能操作刀閘，保證了安全操作。
3.3 控製方案
根據我公司的實際情況，我們對變頻器采用三種控製方案，分別是遠程DCS閉環自動控製、遠程DCS開環手動控製和就地手動控製。
3.4 冷卻方案
變頻器的工作過程是將交流電整流成直流電，再將直流逆變成交流的過程。在這一過程中，電子功率器件自身要發出一定的熱量（2%），這zhe些xie熱re量liang會hui使shi設she備bei的de溫wen度du不bu斷duan上shang升sheng，並bing燒shao損sun設she備bei本ben身shen。為wei了le使shi變bian頻pin器qi正zheng常chang穩wen定ding工gong作zuo，就jiu必bi須xu將jiang變bian頻pin器qi發fa出chu的de熱re量liang及ji時shi排pai散san掉diao。因yin此ci變bian頻pin器qi冷leng卻que問wen題ti對dui變bian頻pin器qi運yun行xing的de穩wen定ding十shi分fen重zhong要yao。經jing過guo認ren真zhen的de研yan究jiu，我wo們men采cai用yong了le最zui簡jian單dan、最有效、最穩定的冷卻方案――自(zi)然(ran)風(feng)冷(leng)方(fang)案(an)。就(jiu)是(shi)在(zai)變(bian)頻(pin)器(qi)頂(ding)部(bu)安(an)裝(zhuang)一(yi)個(ge)總(zong)風(feng)道(dao)，用(yong)這(zhe)個(ge)風(feng)道(dao)將(jiang)變(bian)頻(pin)器(qi)自(zi)身(shen)頂(ding)部(bu)的(de)冷(leng)卻(que)風(feng)機(ji)從(cong)室(shi)內(nei)吸(xi)入(ru)的(de)自(zi)然(ran)空(kong)氣(qi)所(suo)帶(dai)的(de)變(bian)頻(pin)器(qi)內(nei)部(bu)熱(re)量(liang)不(bu)斷(duan)地(di)排(pai)放(fang)到(dao)室(shi)外(wai)。這(zhe)種(zhong)方(fang)案(an)隻(zhi)做(zuo)一(yi)個(ge)風(feng)道(dao)，不(bu)增(zeng)加(jia)任(ren)何(he)轉(zhuan)動(dong)設(she)備(bei)，因(yin)此(ci)簡(jian)單(dan)可(ke)靠(kao)，故(gu)障(zhang)因(yin)素(su)少(shao)。經(jing)過(guo)在(zai)40℃室溫條件下做滿載散熱能力試驗，結果變頻器的溫度最高到68℃，與設計的最高溫升140度相比，結果是非常理想的。
4.變頻器的工作原理與特性
4.1 係統結構
HARSVERT-A係列6KV高壓變頻調速係統的結構見圖2，由移相變壓器、功率單元和控製器組成。每台變頻器有21個功率單元，每7個功率單元串聯構成一相。
4.2 功率單元結構
每個功率單元結構上完全一致，可以互換，其電路結構見下圖3，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控製，可得如圖4所示的波形。
4.3 輸入側結構
輸入側由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構成42脈衝整流方式，這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網絡的電流波形，使其負載下網側功率因數接近1。
另外，由於變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，類似常規低壓變壓器，便於采用現有的成熟技術。
4.4 輸出側結構
參見圖2和圖3。輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可以得到如圖5所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小(xiao)，可(ke)減(jian)少(shao)對(dui)電(dian)纜(lan)和(he)電(dian)機(ji)的(de)絕(jue)緣(yuan)損(sun)壞(huai)，無(wu)須(xu)輸(shu)出(chu)濾(lv)波(bo)器(qi)就(jiu)可(ke)以(yi)使(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)纜(lan)長(chang)度(du)很(hen)長(chang)，電(dian)機(ji)不(bu)需(xu)要(yao)降(jiang)額(e)使(shi)用(yong)，可(ke)直(zhi)接(jie)用(yong)於(yu)舊(jiu)設(she)備(bei)的(de)改(gai)造(zao)。同(tong)時(shi)，電(dian)機(ji)的(de)諧(xie)波(bo)損(sun)耗(hao)大(da)大(da)減(jian)少(shao)，消(xiao)除(chu)了(le)由(you)此(ci)引(yin)起(qi)的(de)機(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)，減(jian)小(xiao)了(le)軸(zhou)承(cheng)和(he)葉(ye)片(pian)的(de)機(ji)械(xie)應(ying)力(li)。
當某一個單元出現故障時，通過使圖3中的繼電器K閉合，可以將此單元旁路出係統而不影響其它單元的運行，變頻器可持續降額運行，如此可減少很多場合下停機造成的損失。
 圖3：功率單元電路結構
 圖4：單元輸出的PWM波形
圖5：係統輸出的相電壓階梯PWM波形
4.5 控製器
控製器核心由高速單片機來實現，精心設計的算法可以保證電機達到最優的運行性能。控製器還包括一台內置的PLC，用於櫃體內開關信號的邏輯處理，以及與現場各種操作信號和狀態信號的協調。增強了係統的靈活性。
控製器結構上采用VME標準箱體結構，各控製單元板采用FPGA、CPLD等大規模集成電路和表麵焊接技術，係統具有極高的可靠性。
lingwai，kongzhiqiyugonglvdanyuanzhijiancaiyongguangxiantongxunjishu，diyabufenhegaoyabufenwanquankekaogeli，xitongjuyoujigaodeanquanxing，tongshijuyouhenhaodekangdianciganraoxingneng。
5.改造效果
5.1 改造後的工藝效果
4#爐引、送、二次風機高壓變頻改造後，將原風道中用開度大小來調整風道風量的檔板開到了100%。zheyangdadajianxiaolefengdezulisunhao。lingwaiwanquangaibianlefengzaiguandaozhongdezhendongpinlv，youyufengjidequdongdianjizaibianpinzhuangtaixiagongzuo，gongzuopinlvzaibuduandebianhuazhong，shifengdaodeguyougongzhenpinlvhennanyugongzuopinlvyizhi，congerbimianlegongzhenxianxiangdechansheng，jiejuelefengdaozaigongpinzhuangtaixiazhendongdadewenti。zheyangfengdaoshichangbeizhenkailiedenantibeiziranjiejuele，yeshiwomencicigaizaode意外收獲。
5.2 改造後對電網的衝擊效果
當電機通過工頻直接啟動時，它將會產生7～8倍bei的de電dian機ji額e定ding電dian流liu。這zhe個ge電dian流liu值zhi將jiang大da大da增zeng加jia電dian機ji繞rao組zu的de電dian應ying力li並bing產chan生sheng熱re量liang，從cong而er降jiang低di電dian機ji的de壽shou命ming。而er采cai用yong變bian頻pin後hou，電dian機ji實shi現xian了le軟ruan啟qi動dong，可ke以yi在zai零ling速su零ling電dian壓ya啟qi動dong（當然可以適當加轉矩提升），直到達到工作電流為止。一旦頻率和電壓的關係建立，變頻器就可以按照V/f或矢量控製方式帶動負載進行工作，對電網幾乎沒有衝擊。
5.3 改造後的維護強度效果
采用變頻調速後，驅動電動機基本工作在30Hz到40Hz的頻率範圍內，與工頻50Hz相比，降低了風機的轉速。另外啟動時的緩慢升速過程也使整套風機機械設備的零部件、mifenghezhouchengdengdeshiyongshoumingdadayanchang。buyongdangbantiaofeng，tiaofengdangbandeshiyongshoumingdadayanchang，shijianxiuweihugongzuoliangjianshao，gengjiangdilejianxiugongzuoqiangduhefeiyong。
5.4 改造後的節能效果
我公司4#爐3taifengjijinxingbianpintiaosugaizaohou，zaishoudaoshangshuzhuduogaizaogongyixiaoguodetongshi，genghuodelezhongdadejienengxiaoguo。xiangjianxialiegaizaoqianhoushengchancanshuduizhaobiao，cibiaoshujulaiyuanyugaizaoqianhoudeshengchanbaobiao： 4#爐變頻改造前後節能對照表
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主汽流量T/H |
一次風機電流 |
二次風機電流 |
引風機電流 |
差值
電流
總和（A） |
差值
功率
總和（kW） |
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改造前
（A） |
改造後
（A） |
有功差值
（kW） |
改造前（A） |
改造後（A） |
有功差值（kW） |
改造前（A） |
改造後（A） |
有功差值（kW） |
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140 |
123 |
50.1 |
610.5 |
77 |
30.3 |
393.5 |
50 |
18.4 |
269.0 |
151.2 |
1273.0 |
|
145 |
123 |
50.6 |
605.2 |
77 |
30.8 |
388.2 |
50 |
19.1 |
261.6 |
149.5 |
1255.0 |
|
150 |
124 |
53.7 |
581.7 |
78 |
31.4 |
391.1 |
51 |
20.1 |
260.3 |
146.8 |
1233.1 |
|
155 |
124 |
55.1 |
566.9 |
79 |
32.8 |
385.6 |
52 |
21.6 |
253.7 |
145.5 |
1206.1 |
|
160 |
125 |
60.2 |
522.2 |
80 |
35.1 |
370.5 |
52 |
27.4 |
192.3 |
133.3 |
1085.0 |
|
165 |
125 |
60.9 |
514.8 |
82 |
36 |
379.5 |
52 |
28.9 |
176.4 |
133.2 |
1070.7 |
|
170 |
126 |
61.1 |
521.9 |
82 |
37.5 |
363.6 |
52 |
34.1 |
121.4 |
127.3 |
1006.9 |
|
180 |
126 |
61.1 |
521.9 |
82 |
38.3 |
355.2 |
52 |
38.2 |
78.0 |
122.4 |
955.1 |
|
190 |
129 |
62 |
540.2 |
82 |
39 |
347.8 |
52 |
43 |
27.2 |
119 |
915.2 |
|
200 |
131 |
62 |
558.8 |
82 |
39.7 |
340.3 |
52 |
45 |
6.0 |
118.3 |
905.1 |
注：改造前功率因數為0.85；改造後功率因數為0.97。
從上表中數據可知，220噸鍋爐在從140噸到200噸運行過程中，三台風機的節電效果隨鍋爐負荷的增加而下降，隨鍋爐負荷的減小而上升。而我公司鍋爐每年中運行在140噸到150噸大約有8個月，運行在200噸大約有2個月，運行在180噸大約有1個月，檢修時間大約有1個月。改造前4#爐每年三台風機用總電量約為1863.13387萬度（kW・h），改造後每年三台風機總用電量約為941.15169萬度（kW・h），故4#爐變頻改造後比改造前每年可節約電能約921.98219萬度（kW・h），節電率約為49.5%。也就是說，我們隻用改造前50.5%的用電量就能完成改造前的生產任務。如果每度電銷售價格以0.45元計，那麼我公司4#爐三台風機變頻改造後每年可節約的9219821.9度(kW・h)廠用電，相當於節支414.89198萬元。在當年超額收回了投資成本，之後可每年為我廠節支414.9萬元。
6.結束語
4#爐三台風機的高壓變頻節能改造，是我們總廠2006年(nian)的(de)一(yi)項(xiang)重(zhong)要(yao)改(gai)造(zao)項(xiang)目(mu)。是(shi)我(wo)們(men)企(qi)業(ye)領(ling)導(dao)經(jing)濟(ji)管(guan)理(li)意(yi)識(shi)的(de)前(qian)瞻(zhan)性(xing)體(ti)現(xian)，是(shi)企(qi)業(ye)由(you)粗(cu)放(fang)型(xing)管(guan)理(li)向(xiang)資(zi)源(yuan)節(jie)約(yue)型(xing)管(guan)理(li)過(guo)渡(du)的(de)具(ju)體(ti)舉(ju)措(cuo)，是(shi)我(wo)廠(chang)在(zai)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)節(jie)能(neng)改(gai)造(zao)方(fang)麵(mian)邁(mai)出(chu)的(de)又(you)一(yi)具(ju)有(you)實(shi)質(zhi)性(xing)意(yi)義(yi)的(de)一(yi)步(bu)。其(qi)改(gai)造(zao)後(hou)的(de)工(gong)藝(yi)效(xiao)果(guo)和(he)節(jie)能(neng)效(xiao)果(guo)極(ji)大(da)地(di)鼓(gu)舞(wu)了(le)公(gong)司(si)全(quan)體(ti)職(zhi)工(gong)的(de)工(gong)作(zuo)積(ji)極(ji)性(xing)，有(you)效(xiao)激(ji)發(fa)了(le)職(zhi)工(gong)對(dui)節(jie)能(neng)工(gong)作(zuo)重(zhong)要(yao)性(xing)的(de)認(ren)識(shi)。其(qi)經(jing)濟(ji)效(xiao)果(guo)之(zhi)顯(xian)著(zhu)，已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)我(wo)們(men)企(qi)業(ye)增(zeng)效(xiao)的(de)新(xin)亮(liang)點(dian)。同(tong)時(shi)說(shuo)明(ming)我(wo)們(men)企(qi)業(ye)生(sheng)產(chan)節(jie)能(neng)的(de)潛(qian)力(li)是(shi)巨(ju)大(da)的(de)，我(wo)們(men)在(zai)變(bian)頻(pin)節(jie)能(neng)改(gai)造(zao)的(de)道(dao)路(lu)上(shang)還(hai)有(you)很(hen)長(chang)的(de)路(lu)要(yao)走(zou)，還(hai)有(you)很(hen)多(duo)的(de)工(gong)作(zuo)要(yao)做(zuo)。
參考文獻：
北京利德華福電氣技術有限公司 高壓變頻調速係統HARSVERT-A係列技術手冊
作者簡介：
張文鴻，男，1966年10月出生，1990年nian畢bi業ye於yu沈shen陽yang高gao等deng電dian力li專zhuan科ke學xue校xiao。在zai中zhong國guo石shi油you錦jin西xi煉lian油you化hua工gong總zong廠chang熱re電dian公gong司si電dian氣qi車che間jian工gong作zuo，電dian氣qi工gong程cheng師shi。技ji術shu成cheng果guo有you高gao壓ya靜jing電dian除chu塵chen器qi頂ding部bu振zhen打da監jian控kong係xi統tong的de開kai發fa與yu應ying用yong等deng。負fu責ze4#爐高壓變頻器的整套控製和現場安裝設計，施工安裝及調試的全部工作。
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