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1用戶介紹

江西宏宇能源發(fā)展有限公司是湖南省第二大民營企業(yè)——湖南五江集團(tuán)在江西樟樹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(jì)企業(yè)。該公司現(xiàn)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130萬噸。玻璃公司生產(chǎn)超白太陽能玻璃、浮法玻璃、低輻射鍍膜玻璃、可鋼low-e鍍膜玻璃（離線）、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(jù)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?fàn)t廢氣，經(jīng)脫焦、脫硫、脫苯處理后，煤氣通過空壓機(jī)站加壓后供給玻璃公司生產(chǎn)需要。煤氣壓縮機(jī)供氣站有4臺活塞式壓縮機(jī)，適配電機(jī)規(guī)格型號630kW/10kV，額定電流為52.1A，采用2用2備制。根據(jù)玻璃生產(chǎn)工藝需要，煤氣的壓力需控制在一定范圍內(nèi)，由于玻璃生產(chǎn)中用氣量負(fù)荷有變化，用氣量和壓縮機(jī)的排氣量之間很難達(dá)到完全平衡，平常一般采用人工調(diào)節(jié)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(wěn)定。如果生產(chǎn)用氣負(fù)荷小時(shí)需打開回流閥，使氣體反復(fù)壓縮，運(yùn)行效率低，浪費(fèi)大量電能。因此，為了降低成本，對活塞式壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻技術(shù)改造是非常有必要的。

公司領(lǐng)導(dǎo)通過綜合調(diào)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(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，改造達(dá)到了預(yù)期目的。

2高壓變頻器技術(shù)改造方案

煤氣加壓機(jī)是玻璃生產(chǎn)系統(tǒng)的動力中樞，一旦煤氣加壓機(jī)不能正常運(yùn)行，直接影響玻璃公司生產(chǎn)的正常進(jìn)行；另外，調(diào)速系統(tǒng)工作的環(huán)境比較惡劣；所以，和煤氣加壓機(jī)配套的高壓調(diào)速系統(tǒng)方案應(yīng)周密細(xì)致，經(jīng)過雙方技術(shù)人員的合作，制定了煤氣加壓機(jī)的技術(shù)改造方案。

2.1 設(shè)備配置

煤氣加壓機(jī)系統(tǒng)有1#、2#、3#、4#壓縮機(jī)，高壓變頻器采用“一拖二”控制，配備手動旁路柜。1#、2#壓縮機(jī)共用1#高壓變頻器，3#、4#壓縮機(jī)共用2#高壓變頻器，以1#、2#壓縮機(jī)共用1#高壓變頻器為例說明控制過程，其系統(tǒng)接線圖路如圖1所示，通過切換高壓隔離開關(guān)把高壓變頻器切換到要運(yùn)行的壓縮機(jī)上去。1#高壓變頻器可拖動1#壓縮機(jī)變頻運(yùn)行，也可通過切換拖動2#壓縮機(jī)變頻運(yùn)行。兩壓縮機(jī)電動機(jī)均具備工頻旁路功能。

圖1高壓變頻一次系統(tǒng)接線圖

QF1和QF2分別為現(xiàn)場1#和2#壓縮機(jī)電源高壓斷路器；

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

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

高壓變頻器旁路開關(guān)柜用于工/變頻切換。QS11和QS21為2個(gè)高壓隔離開關(guān)，變頻器運(yùn)行時(shí)，要求QS11和QS21同時(shí)閉合。QS12閉合，QS22斷開，QS13斷開，1#壓縮機(jī)變頻運(yùn)行；QS12斷開，QS13閉合，1#壓縮機(jī)工頻運(yùn)行；QS22閉合，QS12斷開，QS23斷開，2#壓縮機(jī)變頻運(yùn)行；QS22斷開，QS23閉合，2#壓縮機(jī)工頻運(yùn)行；其中，QS12與QS13、QS22實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，QS22與QS23、QS12實(shí)現(xiàn)電氣互鎖；將控制柜“遠(yuǎn)控/本控”開關(guān)打至“遠(yuǎn)控”位置，將相應(yīng)壓縮機(jī)斷路器“就地/遠(yuǎn)方”開關(guān)打至“遠(yuǎn)方”位置，可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的遠(yuǎn)控操作。

2.2 壓力閉環(huán)系統(tǒng)原理、PID設(shè)定
　　由于玻璃生產(chǎn)系統(tǒng)對供氣負(fù)荷需要在實(shí)際運(yùn)行時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)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(shè)在煤氣壓力儲氣罐上，Vi為煤氣需要恒壓設(shè)定值，供氣壓力V作為輸出量，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。變頻器內(nèi)部的PLC采集供氣壓力值V與用戶給定值Vi進(jìn)行比較和運(yùn)算，通過PID進(jìn)行調(diào)整，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號送至變頻器，直至達(dá)到供氣壓力的給定值Vi。不管系統(tǒng)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(shù)加大，可以加快調(diào)節(jié)速度。但如果過大，系統(tǒng)容易因超調(diào)而震蕩。若P太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。P可正可負(fù)。如果比例系數(shù)為正，那么該回路為正作用回路；如果比例系數(shù)為負(fù)，那么該回路為反作用回路。本變頻器P設(shè)定為0.30。

（2）積分I的作用主要是消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。但過強(qiáng)的積分作用使供氣系統(tǒng)超調(diào)加大。所以在調(diào)節(jié)過程初期，應(yīng)減弱積分作用，防止產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象；而到過程后期，應(yīng)適當(dāng)增強(qiáng)積分作用，以提高控制精度。本變頻器I設(shè)定為5.0。

風(fēng)光高壓變頻器內(nèi)置PID功能，其中PID 結(jié)構(gòu)參數(shù)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(shù)PID結(jié)構(gòu)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，完全可以滿足供氣系統(tǒng)的供氣壓力恒定要求，不需要設(shè)定微分參數(shù)。

3風(fēng)光牌JD-BP38-800F高壓變頻器技術(shù)參數(shù)

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(biāo)小于IEEE519-1992的諧波標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機(jī)。

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，輸出線電壓29電平，功率單元旁路單元采用可控硅作為旁路器件?？刂破鞑糠忠愿咚傥⑻幚砥鲗?shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)，互換性好、維修簡單。JD-BP38-800F高壓變頻器主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

4變頻器調(diào)試情況

4.1現(xiàn)場調(diào)試

現(xiàn)場風(fēng)機(jī)負(fù)載為活塞式煤氣壓縮機(jī)，現(xiàn)場有4臺電機(jī)，2用2備，未采用變頻時(shí)，2臺工頻同時(shí)運(yùn)行，通過管道并入一主管道，主管道壓力變送器楊程為:0-200Kpa，平時(shí)工作壓力為160Kpa。當(dāng)超過220Kpa時(shí)，一臺電機(jī)跳閘，現(xiàn)場通過手動復(fù)位再開啟。平時(shí)通過空壓機(jī)的旁路來卸壓。

采用變頻時(shí)，采用一臺工頻一臺變頻運(yùn)行，變頻器為壓力閉環(huán)控制，壓力為儲氣罐的壓力。變頻器啟動時(shí)，另外一臺工頻是正常運(yùn)行的。變頻器是帶載啟動，啟動方式選擇VF曲線方式，此時(shí)變頻器報(bào)硬件過流。把變頻器所帶負(fù)載旁路打開，輸出閥門關(guān)閉，開機(jī)正常，頻率到27Hz時(shí)電流最大為52A左右。運(yùn)行到50Hz，把負(fù)載旁路關(guān)閉，輸出閥門打開。當(dāng)給定的壓力超過設(shè)定值時(shí)，變頻器降頻，到31Hz左右時(shí)變頻器報(bào)軟件過流，故障時(shí)觸摸屏顯示輸出電流為55A左右。降到31Hz保護(hù)時(shí)，壓力沒有降下來，試驗(yàn)多次均為同一現(xiàn)象。把下限頻率設(shè)為35Hz，把工頻運(yùn)行的旁路打開30%左右卸壓，變頻器能在35Hz到50Hz之間運(yùn)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(jù)生產(chǎn)要求，高壓變頻器要能帶載啟動，高壓變頻器要求能在25Hz到50Hz之間正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)壓力閉環(huán)控制。

4.2問題解決

活塞往復(fù)式空氣壓縮機(jī)負(fù)載比較特殊，低頻啟動及運(yùn)行均不易穩(wěn)定，尤其是帶壓啟動困難，現(xiàn)場設(shè)定普通VF方式難以適應(yīng)壓縮機(jī)帶載啟動，壓縮機(jī)啟動需要大啟動力矩。經(jīng)分析討論，認(rèn)為需使用矢量控制方式，解決啟動問題。于是，設(shè)置變頻器功能參數(shù)為矢量控制使能開啟模式，首先將電機(jī)負(fù)載脫開，進(jìn)行在空載情況下進(jìn)行矢量辨識。

得到的參數(shù)辨識如表2所示。

參數(shù)辨識完畢后按照上表進(jìn)行填寫電機(jī)參數(shù)，然后使用矢量控制進(jìn)行運(yùn)行空電機(jī)，電機(jī)運(yùn)行正常。將循環(huán)閥門全開，變頻器運(yùn)行，相當(dāng)于具有很小的負(fù)載運(yùn)行。運(yùn)行電流29A。運(yùn)行正常，電流存在周期性波動，和現(xiàn)場的往復(fù)機(jī)械運(yùn)動的周期有關(guān)。

現(xiàn)場正常運(yùn)行壓力為160kpa，變頻器開機(jī)運(yùn)行到48Hz，現(xiàn)場人員調(diào)整壓力至210-220kpa，輸出電流47.3A，運(yùn)行穩(wěn)定。調(diào)整頻率至20Hz，運(yùn)行穩(wěn)定，輸出電流為46.9A。雖然壓縮機(jī)啟動電流波動大，現(xiàn)場帶載可以正常啟動正常。矢量控制可以提供足夠的力矩啟動負(fù)載。采用無感矢量控制解決了現(xiàn)場帶載啟動難題，滿足了25Hz到50Hz之間可以正常運(yùn)行的需求，實(shí)現(xiàn)了煤氣壓力閉環(huán)自動控制。

5變頻器運(yùn)行情況

為了不影響玻璃正常生產(chǎn)，利用玻璃廠生產(chǎn)間隙，對煤氣加壓機(jī)進(jìn)行了變頻改造。2016年11月初，正式投入生產(chǎn)，至今運(yùn)行正常，改造達(dá)到了預(yù)期的效果，實(shí)施變頻改造后，煤氣加壓機(jī)電機(jī)電流明顯下降，煤氣加壓機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟起動，極大地減輕了設(shè)備起動時(shí)對供配電系統(tǒng)的沖擊。

5.1節(jié)電效果

以1#高壓變頻器拖動1#煤氣加壓機(jī)運(yùn)行，同時(shí)運(yùn)行3#煤氣加壓機(jī)工頻為例，記錄1#變頻器運(yùn)行數(shù)據(jù)如表3所示。

通過上表可以看出，變頻器改造后，煤氣加壓機(jī)電流大大減小。經(jīng)過廠能源利用監(jiān)測中心測試，節(jié)電率達(dá)28.29%。

5.2其他效果

（1）維護(hù)量減少。采用變頻調(diào)速后，大部分時(shí)間里，煤氣加壓機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速大大低于額定轉(zhuǎn)速。由于煤氣加壓機(jī)啟動緩慢及轉(zhuǎn)速的降低，減少了煤氣加壓機(jī)的零部件密封、軸承的磨損，相應(yīng)地延長了煤氣加壓機(jī)的壽命。

（2）工作強(qiáng)度降低。采用變頻調(diào)速壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)就不用調(diào)節(jié)回流閥，操作工作由動手轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣印⒈O(jiān)控，大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度。

（3）現(xiàn)場噪音大大降低，有效改善現(xiàn)場的運(yùn)行環(huán)境，運(yùn)行人員反映良好；便于實(shí)現(xiàn)煤氣加壓機(jī)控制系統(tǒng)自動化管理。

6 結(jié)束語

綜合看來，江西宏宇能源發(fā)展有限公司煤氣加壓機(jī)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(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低了玻璃的生產(chǎn)成本，對保證煤氣加壓系統(tǒng)的安全正常運(yùn)行起著重要的作用。