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1用戶(hù)介紹

江西宏宇能源發(fā)展有限公司是湖南省第二大民營(yíng)企業(yè)——湖南五江集團在江西樟樹(shù)市省級鹽化工基地投資興辦的產(chǎn)值超百億的集新能源、新材料、鹽化工、煤化工于一體的新型工業(yè)化循環(huán)經(jīng)濟企業(yè)。該公司現有玻璃公司、深加工公司、焦化公司三個(gè)分公司。

焦化公司生產(chǎn)焦炭、煤焦油、粗苯、煤氣、硫銨、硫磺等，年產(chǎn)搗固焦130萬(wàn)噸。玻璃公司生產(chǎn)超白太陽(yáng)能玻璃、浮法玻璃、低輻射鍍膜玻璃、可鋼low-e鍍膜玻璃（離線(xiàn)）、鋼化玻璃、中空玻璃。深加工公司利用一次成型的平板玻璃（浮法玻璃、普通引上平板玻璃、平拉玻璃、壓延玻璃）為基本原料，根據使用要求，采用不同的加工工藝制成的具有特定功能的玻璃產(chǎn)品。

焦化公司在搗固煉焦中產(chǎn)生的焦爐廢氣，經(jīng)脫焦、脫硫、脫苯處理后，煤氣通過(guò)空壓機站加壓后供給玻璃公司生產(chǎn)需要。煤氣壓縮機供氣站有4臺活塞式壓縮機，適配電機規格型號630kW/10kV，額定電流為52.1A，采用2用2備制。根據玻璃生產(chǎn)工藝需要，煤氣的壓力需控制在一定范圍內，由于玻璃生產(chǎn)中用氣量負荷有變化，用氣量和壓縮機的排氣量之間很難達到完全平衡，平常一般采用人工調節回流閥控制壓力大小，采用這種方法很難保證所需要壓力的穩定。如果生產(chǎn)用氣負荷小時(shí)需打開(kāi)回流閥，使氣體反復壓縮，運行效率低，浪費大量電能。因此，為了降低成本，對活塞式壓縮機系統進(jìn)行變頻技術(shù)改造是非常有必要的。

公司領(lǐng)導通過(guò)綜合調研和考慮，選用了新風(fēng)光電子公司JD-BP38-800F（800kW/10kV）型號的高壓變頻器2臺，對空氣壓縮機進(jìn)行節能改造，改造達到了預期目的。

2高壓變頻器技術(shù)改造方案

煤氣加壓機是玻璃生產(chǎn)系統的動(dòng)力中樞，一旦煤氣加壓機不能正常運行，直接影響玻璃公司生產(chǎn)的正常進(jìn)行；另外，調速系統工作的環(huán)境比較惡劣；所以，和煤氣加壓機配套的高壓調速系統方案應周密細致，經(jīng)過(guò)雙方技術(shù)人員的合作，制定了煤氣加壓機的技術(shù)改造方案。

2.1 設備配置

煤氣加壓機系統有1#、2#、3#、4#壓縮機，高壓變頻器采用“一拖二”控制，配備手動(dòng)旁路柜。1#、2#壓縮機共用1#高壓變頻器，3#、4#壓縮機共用2#高壓變頻器，以1#、2#壓縮機共用1#高壓變頻器為例說(shuō)明控制過(guò)程，其系統接線(xiàn)圖路如圖1所示，通過(guò)切換高壓隔離開(kāi)關(guān)把高壓變頻器切換到要運行的壓縮機上去。1#高壓變頻器可拖動(dòng)1#壓縮機變頻運行，也可通過(guò)切換拖動(dòng)2#壓縮機變頻運行。兩壓縮機電動(dòng)機均具備工頻旁路功能。

圖1高壓變頻一次系統接線(xiàn)圖

QF1和QF2分別為現場(chǎng)1#和2#壓縮機電源高壓斷路器；

QS11和QS21分別為1#、2#壓縮機電源高壓隔離開(kāi)關(guān)；

QS12、QS22、QS13、QS23為變頻器旁路開(kāi)關(guān)柜高壓隔離開(kāi)關(guān)；

高壓變頻器旁路開(kāi)關(guān)柜用于工/變頻切換。QS11和QS21為2個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)，變頻器運行時(shí)，要求QS11和QS21同時(shí)閉合。QS12閉合，QS22斷開(kāi)，QS13斷開(kāi)，1#壓縮機變頻運行；QS12斷開(kāi)，QS13閉合，1#壓縮機工頻運行；QS22閉合，QS12斷開(kāi)，QS23斷開(kāi)，2#壓縮機變頻運行；QS22斷開(kāi)，QS23閉合，2#壓縮機工頻運行；其中，QS12與QS13、QS22實(shí)現電氣互鎖，QS22與QS23、QS12實(shí)現電氣互鎖；將控制柜“遠控/本控”開(kāi)關(guān)打至“遠控”位置，將相應壓縮機斷路器“就地/遠方”開(kāi)關(guān)打至“遠方”位置，可實(shí)現壓縮機的遠控操作。

2.2 壓力閉環(huán)系統原理、PID設定
　　由于玻璃生產(chǎn)系統對供氣負荷需要在實(shí)際運行時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)調整，因此采用的是壓力閉環(huán)控制，其工作原理如圖2所示，測量元件為壓力傳感器，將它設在煤氣壓力儲氣罐上，Vi為煤氣需要恒壓設定值，供氣壓力V作為輸出量，構成閉環(huán)控制系統。變頻器內部的PLC采集供氣壓力值V與用戶(hù)給定值Vi進(jìn)行比較和運算，通過(guò)PID進(jìn)行調整，將結果轉換為頻率調節信號送至變頻器，直至達到供氣壓力的給定值Vi。不管系統供氣流量如何變化，供氣壓力值V始終維持在給定壓力值Vi附近。

圖2壓力閉環(huán)供氣原理框圖

（1）在PID控制中，P系數加大，可以加快調節速度。但如果過(guò)大，系統容易因超調而震蕩。若P太小，又會(huì )使系統的動(dòng)作緩慢。P可正可負。如果比例系數為正，那么該回路為正作用回路；如果比例系數為負，那么該回路為反作用回路。本變頻器P設定為0.30。

（2）積分I的作用主要是消除系統的靜態(tài)誤差。但過(guò)強的積分作用使供氣系統超調加大。所以在調節過(guò)程初期，應減弱積分作用，防止產(chǎn)生積分飽和現象；而到過(guò)程后期，應適當增強積分作用，以提高控制精度。本變頻器I設定為5.0。

風(fēng)光高壓變頻器內置PID功能，其中PID 結構參數具有以下選擇方式：

0：比例 PID 控制只比例增益起作用

1：積分 PID 控制只積分增益起作用

2：比例+ 積分 PID 控制比例增益和積分增益同時(shí)起作用

3：比例+ 積分+ 微分 PID 控制比例增益、積分增益和微分增益同時(shí)起作用

本變頻器PID參數PID結構選擇2，比例+積分 PID 控制比例增益和積分增益同時(shí)起作用，完全可以滿(mǎn)足供氣系統的供氣壓力恒定要求，不需要設定微分參數。

3風(fēng)光牌JD-BP38-800F高壓變頻器技術(shù)參數

新風(fēng)光公司是國家高新技術(shù)企業(yè)，JD-BP38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)，其諧波指標小于IEEE519-1992的諧波標準，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)光牌高壓變頻器為高--高電壓源型模式，由移相變壓器，功率單元和控制器組成。JD-BP38-800F高壓變頻器采用48脈沖整流，功率單元每相采用7個(gè)功率單元串接組成，三相共21個(gè)單元；輸出相電壓為15電平，輸出線(xiàn)電壓29電平，功率單元旁路單元采用可控硅作為旁路器件。控制器部分以高速微處理器實(shí)現控制以及與子微處理器間進(jìn)行通信。風(fēng)光高壓變頻器采用模塊化設計，互換性好、維修簡(jiǎn)單。JD-BP38-800F高壓變頻器主要技術(shù)參數如表1所示。

4變頻器調試情況

4.1現場(chǎng)調試

現場(chǎng)風(fēng)機負載為活塞式煤氣壓縮機，現場(chǎng)有4臺電機，2用2備，未采用變頻時(shí)，2臺工頻同時(shí)運行，通過(guò)管道并入一主管道，主管道壓力變送器楊程為:0-200Kpa，平時(shí)工作壓力為160Kpa。當超過(guò)220Kpa時(shí)，一臺電機跳閘，現場(chǎng)通過(guò)手動(dòng)復位再開(kāi)啟。平時(shí)通過(guò)空壓機的旁路來(lái)卸壓。

采用變頻時(shí)，采用一臺工頻一臺變頻運行，變頻器為壓力閉環(huán)控制，壓力為儲氣罐的壓力。變頻器啟動(dòng)時(shí)，另外一臺工頻是正常運行的。變頻器是帶載啟動(dòng)，啟動(dòng)方式選擇VF曲線(xiàn)方式，此時(shí)變頻器報硬件過(guò)流。把變頻器所帶負載旁路打開(kāi)，輸出閥門(mén)關(guān)閉，開(kāi)機正常，頻率到27Hz時(shí)電流最大為52A左右。運行到50Hz，把負載旁路關(guān)閉，輸出閥門(mén)打開(kāi)。當給定的壓力超過(guò)設定值時(shí)，變頻器降頻，到31Hz左右時(shí)變頻器報軟件過(guò)流，故障時(shí)觸摸屏顯示輸出電流為55A左右。降到31Hz保護時(shí)，壓力沒(méi)有降下來(lái)，試驗多次均為同一現象。把下限頻率設為35Hz，把工頻運行的旁路打開(kāi)30%左右卸壓，變頻器能在35Hz到50Hz之間運行，壓力也能在正常范圍。35Hz時(shí)電流為52A左右，50Hz時(shí)為電流為47A左右。

根據生產(chǎn)要求，高壓變頻器要能帶載啟動(dòng)，高壓變頻器要求能在25Hz到50Hz之間正常運行，實(shí)現壓力閉環(huán)控制。

4.2問(wèn)題解決

活塞往復式空氣壓縮機負載比較特殊，低頻啟動(dòng)及運行均不易穩定，尤其是帶壓?jiǎn)?dòng)困難，現場(chǎng)設定普通VF方式難以適應壓縮機帶載啟動(dòng)，壓縮機啟動(dòng)需要大啟動(dòng)力矩。經(jīng)分析討論，認為需使用矢量控制方式，解決啟動(dòng)問(wèn)題。于是，設置變頻器功能參數為矢量控制使能開(kāi)啟模式，首先將電機負載脫開(kāi)，進(jìn)行在空載情況下進(jìn)行矢量辨識。

得到的參數辨識如表2所示。

參數辨識完畢后按照上表進(jìn)行填寫(xiě)電機參數，然后使用矢量控制進(jìn)行運行空電機，電機運行正常。將循環(huán)閥門(mén)全開(kāi)，變頻器運行，相當于具有很小的負載運行。運行電流29A。運行正常，電流存在周期性波動(dòng)，和現場(chǎng)的往復機械運動(dòng)的周期有關(guān)。

現場(chǎng)正常運行壓力為160kpa，變頻器開(kāi)機運行到48Hz，現場(chǎng)人員調整壓力至210-220kpa，輸出電流47.3A，運行穩定。調整頻率至20Hz，運行穩定，輸出電流為46.9A。雖然壓縮機啟動(dòng)電流波動(dòng)大，現場(chǎng)帶載可以正常啟動(dòng)正常。矢量控制可以提供足夠的力矩啟動(dòng)負載。采用無(wú)感矢量控制解決了現場(chǎng)帶載啟動(dòng)難題，滿(mǎn)足了25Hz到50Hz之間可以正常運行的需求，實(shí)現了煤氣壓力閉環(huán)自動(dòng)控制。

5變頻器運行情況

為了不影響玻璃正常生產(chǎn)，利用玻璃廠(chǎng)生產(chǎn)間隙，對煤氣加壓機進(jìn)行了變頻改造。2016年11月初，正式投入生產(chǎn)，至今運行正常，改造達到了預期的效果，實(shí)施變頻改造后，煤氣加壓機電機電流明顯下降，煤氣加壓機實(shí)現了軟起動(dòng)，極大地減輕了設備起動(dòng)時(shí)對供配電系統的沖擊。

5.1節電效果

以1#高壓變頻器拖動(dòng)1#煤氣加壓機運行，同時(shí)運行3#煤氣加壓機工頻為例，記錄1#變頻器運行數據如表3所示。

通過(guò)上表可以看出，變頻器改造后，煤氣加壓機電流大大減小。經(jīng)過(guò)廠(chǎng)能源利用監測中心測試，節電率達28.29%。

5.2其他效果

（1）維護量減少。采用變頻調速后，大部分時(shí)間里，煤氣加壓機的運行轉速大大低于額定轉速。由于煤氣加壓機啟動(dòng)緩慢及轉速的降低，減少了煤氣加壓機的零部件密封、軸承的磨損，相應地延長(cháng)了煤氣加壓機的壽命。

（2）工作強度降低。采用變頻調速壓力閉環(huán)調節就不用調節回流閥，操作工作由動(dòng)手轉變?yōu)樽詣?dòng)、監控，大大減輕了工人的勞動(dòng)強度。

（3）現場(chǎng)噪音大大降低，有效改善現場(chǎng)的運行環(huán)境，運行人員反映良好；便于實(shí)現煤氣加壓機控制系統自動(dòng)化管理。

6 結束語(yǔ)

綜合看來(lái)，江西宏宇能源發(fā)展有限公司煤氣加壓機采用新風(fēng)光公司高壓變頻器進(jìn)行改造，大大提高煤氣加壓機系統的運行效率，降低了玻璃的生產(chǎn)成本，對保證煤氣加壓系統的安全正常運行起著(zhù)重要的作用。