加压机高压变频节能改造与实践

欧志平

（湖南衡阳华菱钢管有限公司 湖南衡阳 421001）

加压机高压变频节能改造与实践

欧志平

（湖南衡阳华菱钢管有限公司 湖南衡阳 421001）

华菱衡钢采用高压变频技术对加压机进行节能改造，减少煤气加压机大回流运行方式下的能耗，利用压力设定自动跟踪管道压力变化，实时调节运行加压机转速提高供气的稳定型、经济性。

煤气加压机；节能；高压；变频；自动控制

引言

煤气加压机在钢铁行业有着广泛的应用，一般情况下煤气加压机输出能力有较大余量，加压后的多余煤气经回流旁通阀流回加压机前端入口，大量的能源被无谓的浪费掉，且回流旁通阀的调压能力较差，甚至有喘振的危险。为了解决上述问题，华菱衡钢对加压机进行高压变频节能改造，确保运行状况及经济性能同步提升。

1 加压机使用现状

1.1 工艺描述

加压系统配置4台10kV/630kW煤气加压机，根据用户负荷2用2备或1用3备，正常运行时利用调节进口阀门和回流阀的开度来调节供气量和供气压力。

1.2 电机与加压机参数

电机型号：YB630S2-2，额定功率：630kW，额定电压：10kV；

额定电流：43.2A，功率因数：0.89，额定转速：2985r/min；

1.3 工艺分析

加压机额定电流为43.2A，由于煤气供给负荷经常变化，加压机运行时电流经常在25～35A之间波动，经济效能较低，达不到最大程度的节能及精确的工艺控制目标，有较大节能空间。

2 方案设计及实施

2.1 技术方案制定及分析

煤气加压机系统是负载可变系统，它受终端生产量变化的直接影响，导致了系统的负载特性曲线不断变化。

可通过实时采集煤气加压机系统供气总管网压力参数，经A/D变换后送到智能控制器，经PID运算和模糊控制，智能调控煤气加压机恒定的压力，使拖动电机的输出功率始终与系统的负荷变化相匹配，当末端煤气用量增大、管网压力有下降趋势时，智能控制系统自动加大加压机转速，增大煤气输送量，满足用气的需求；反之，智能控制系统自动降低加压机转速，减少煤气输送量，使供气管网压力基本保持恒定，并达到节电的目的。

采用变频控制时，电机运行功率曲线分析如图1所示。

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图1 运行曲线分析图

2.2 主线路设计

为了减少投资，以及日后检修便利，本系统安装1套2台变频节能装置，采用一拖二的模式同步同频运行，1#变频节能装置控制1、2#电机，2#变频节能装置控制3、4#电机。

主线路设计如图2所示。

图2 主线路示意图

2.3 设计原理说明

变频装置具有工/变频手动/自动切换功能；为保证设备系统工作的连续性，保留了原有工频控制方式。同时，为了充分保证系统的可靠性，变频器同时加装工频旁路装置。变频器异常时，变频器不能正常运行，电机可以自动切换或手动切换到工频运行状态下运行，以保证生产的需要。

其中，K1～K3为1#柜内真空接触器，QS1～QS2为 1#柜内刀闸，K4～K6为2#柜内真空接触器，QS3～QS4为2#柜内刀闸。

K2、K3电气互锁，当变频器故障不能运行时，自动分K2、K1，合K3。

K5、K6电气互锁，当变频器故障不能运行时，自动分K5、K4，合K6。

为保证检修安全，系统K1与K4，K2与K5均采用电气互锁，变频到工频切换时间约为5s。

2.4 设备主要技术性能

（1）变频系统按电机额定容量120%配置，变频装置额定电流大于电机的额定电流。输入电源为10kV、50Hz，用于对煤气加压机电机进行调速，满足和电动机配套使用。在50～100%的调速范围内，变频系统在不外加任何功率因数补偿的情况下输入端功率因数达到0.95以上。

（2）变频系统输出波形为正弦波，不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0.1%，变频器可自动跳过共振点，避免风机喘振现象。变频系统自身效率达到98%以上，节能装置整个系统的效率在额定负载条件下达到96%以上，对电网电压的波动应有较强的适应能力，在-15～10%电网电压波动时满载输出。

（3）变频系统设置以下保护：过压、过电流、欠压、缺相保护、短路保护、超频保护、失速保护、变频器过载、电机过载保护、半导体器件的过热保护、瞬时停电保护等，并能联跳输入侧10kV开关。

（4）节能装置包含满足需求的多种开关量信号和模拟量信号，开关量的外部接点全部为无源接点，开关量输出模件应具有电隔离输出，隔离电压≥250V，能直接启动任何中间继电器，在节能装置设定为“远控”时，模拟量输入信号AI可以接受远方调速的4～20mA模拟量指令，在节能装置中可任意设定4～20mA对应的频率范围。

3 节能改造后效果分析

（1）改造后，加压机电机和风机平稳运行，振动值处于正常范围，且变频器为软启动，启动电流小，对机组的机械冲击也大幅度减小。日常运行期间，自动恒压调频，加压机回流阀保持全关，无需人工调节。

（2）节电效果明显

通过在相同的运行工况、相同的使用条件下经公司计量专业人员使用专业计量设备，分时段对工频状态下和节能状态下运行情况进行对比测量，节电效果明显，煤气加压机节能率约为25.3%（投运后通过跟踪运行得到验证）。

年节电量估算（度）=年总用电量（万度）×25.3%=123.16万度（参考数：2015年1～12月四台加压机总耗电量486.79万度，电价0.65元/度）。

年节电款（万元）=年节电量（度）×电费单价（度/元）=80万元。（不同时期供气量有所变化，用电总量不同，节电效益相应变化）。

4 结束语

本次变频节能改造充分考虑了生产工艺参数优化、系统安全性、现场控制便捷等因素，通过采集各种运行信号，运用传统PID控制，根据“跟随负荷同步”理论，应用成熟的变频调控技术和节能调控技术，实时跟踪负荷变化，调控拖动电机输出功率与实际负荷需求相匹配，通过调试和实际运行，改造后整套装置实际标准和运行状况完全符合生产工艺的技术要求，节能效果明显，达到了改造目的。

[1]上海联达节能科技有限公司LDJ-GN-10kV/630节能装置技术规格书.2012.

[2]陈宏.LDJ-GS-45型节能装置在渣浆泵上的应用[J].中国高新技术企业，2011，04.

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2016-10-28

欧志平（1982-），男，工程师，本科，主要从事电气技术及设备管理方面的工作。