西门子GH180型中压变频器在加热炉鼓风机上的应用

2019-09-16王龙

西部论丛 2019年15期

王龙

摘要：在我厂大检修中，芳烃装置加热炉鼓风机16-K-03实现了由工频改变频的成功改造，改变了以往能耗大、经济效益差、易造成设备损坏等诸多问题。西门子SINAMIC GH180系列变频器堪称完美无谐波变频器，其具有较低的运行成本、精确地过程控制、低维护成本、高生产效率、高可靠性、直观的人机交流界面等多方面优势。本文从变频器的结构及工作原理、调试及运行维护、变频改造的意义等方面为大家呈现16-K-03工频改变频的成功案例，为今后同类变频器改造提供了借鉴范例。

关键词：变频器調试运行节能

一、西门子GH180型高压变频器组成结构及工作原理

高压变频器旁路柜和变频器柜组成，变频器柜由输入部分、变压器部分、单元部分、输出部分、控制部分组成。

变压器的原边绕组采用星形接法，而副边有多个绕组，采用延边三角形接法，输出电压为750V，视所需配置的功率单元数量，形成18-48脉冲的电源质量。变频器由15个功率单元组成，每个功率单元电压为750V，相同5个单元串联，输出相同的基波电压，相同载波之间的电角相等，互相叠加，增加了输出电压的开关频率和电平。输出电压=5×750×=6495V达到电网电压的水平。

二、变频器调试过程及问题的解决处理

2.1调试过程。首先在变频器出线电缆不接的情况下空载调试。

①送变频器380V控制电源，送旁路柜220V控制电源。②检查变频器逻辑控制板各指示灯指示正常并根据现场电机设置变频器参数。③手动起停冷却风扇，判断风扇转向正确。④试验旁路柜刀闸位置及变频器故障对配电柜的联锁。⑤将配电柜断路器送至运行位置，现场操作柱起动，配电柜合闸。⑥将开关打至就地位置，通过操作面板起动变频器，变频器运行，并且通过面板可以正常调节频率，点击停止，变频器停运。⑦将开关打至远方位置，此时仪表DCS变频器就绪指示灯已点亮，经实验远程起动、停止、频率给定均能正常实现。

随后将变频器出线电缆正常连接，脱开电机联轴器，进行带载调试。应工艺要求，变频器设定了最低转速，起动变频器后电机以10%低转速开始运行，通过面板和DCS分别调速，电机转速均能正确响应，面板的输出电压、电流及中控室电流也都显示正常。

2.2接线调试遇到的问题及解决方法。

2.2.1停机状态拍下急停按钮配电柜合闸。调试过程中，在模拟变频器故障闭锁配电柜环节，方案为拍下急停按钮，现场操作柱合闸无效，而在实际操作中，在拍下急停按钮瞬间，配电柜合闸。

故障原因分析：原因有二，1、查阅图纸后发现图纸中未给出任何变频器故障闭锁配电柜合闸的连锁。配电柜的连锁接点共有3组，分别是变频方式合闸指令、工频远程合闸条件、变频系统断路器分闸指令，配电柜内分别接入综保的开入量X110：10、X110：11、X110：8，另一端分别接入旁路柜21/25、27/25、37/41端子，除此之外再无其他连锁。在咨询厂家后得到答复，变频器并不给配电柜发出合闸指令，所谓变频方式合闸指令实际应为变频方式合闸条件，应于工频合闸条件并联后直接接入合闸回路;2、变频器实际X2：43/X2：44为一对开点，X2：45/X2：46为一对闭点，其允许合闸命令由X2：45/X2：46发出，分闸命令由X2：43/X2：44发出，而图纸所示正好相反，因此在拍下急停按钮后X2：43/X2：44实际由分到合，进入到综保开入量以后综保发出合闸指令，导致配电柜直接合闸。

解决方法：修改图纸，并对接线进行调整，联锁功能得以正常实现。

2.2.2配电柜合闸瞬间速断跳闸。在上电调试环节，现场操作柱起动，配电柜合闸瞬间跳闸，综保报速断跳闸，动作值为5.94倍In。

故障原因分析：变频器额定电流为47A，16-K-03额定电流为36.9A，实际二者并不完美匹配，经询问厂家，隔离变压器励磁涌流较大，一般为额定电流的8-10倍，即376-470A，而16-K-03综保速断整定值为5.16，387A，无法躲过合闸时的冲击电流，因此会速断跳闸。

解决方法：为躲过冲击电流，我们将速断保护定值适当放大，同时为防止频繁冲击对变压器造成损害，我们将合闸间隔控制在0.5小时左右。经探讨和实验，动作值在5.4-6.6倍之间，为最大限度提高躲过变压器冲击电流的成功率，同时又不失对工频运行状态下的电机的保护，我们将定值改为6.41，为变压器额定电流的10.2倍，是电机额定电流的13倍，另外建议生产在没有检修作业需短时停机时只需远程停止变频器运行，不必在现场操作柱操作分闸断路器。

三、定期维护及检查

3.1连接线的检查。变频器投用一年后，之后每6个月需对所有内部接线进行检查，包括一次电源进线及馈线、接地线、功率单元固定螺栓、二次接线等，查看螺栓是否发生松动，电缆是否发生发热、变色、破损等现象。高压变频器长时间停机后恢复运行，应使用2500V兆欧表测量其绝缘电阻，测试绝缘合格后，才能启动高压变频器，因变频器出线一侧禁止摇测绝缘，测量电机绝缘时需将出线电缆与变频器脱开，单独摇测电机绝缘。

3.2灰尘的清除。机柜内部的灰尘必须定期清理（至少一年1次）。允许轻微、干燥、绝缘的污染物，但由灰尘和高湿度导致的污染物必须被清理，尤其是陶瓷半导体器件和绝缘支座的表面必须保持清洁和干燥。清理时使用干抹布或刷子，卫生死角可使用真空吸尘器进行清理。

四、变频改造的意义

在变频改造之前，16-K-03加热炉鼓风机的流量控制是通过电磁阀控制出口的开度来实现的，这种方法能耗较大，经济效益差，易造成设备损坏，而且在实际运行中，系统需求的风量会随工况的变化而变化，造成大部分功率消耗在挡板的节流过程中，从而造成能源的极大浪费。通过变频改造，实现了电机无极调速，调速范围宽，调节精度高，效率高，并实现了电动机的软启动，减小了起动冲击及设备磨损。下面我们通过简单计算来了解其节能效益。

三相异步电动机的功率计算公式：

假设一年中不间断运行，时间

工频运行时电压、电流以及功率因数分别为。

则根据公式：

年用电量为：

变频运行时电压、电流以及功率因数分别为

则根据公式：

年用电量为：

年节省电量：

按照每度电电费0.65元计算，每年节省费用：

972360×0.65=632034元

经过粗略计算，16-K-03变频改造项目的节能效益还是非常可观的。