富士中压变频器在炼油厂循环水泵的应用

1　引言

　　茂名石化于1990年开始在炼油分部所属生产装置安装各类变频器200多台。变频器所带负载有油泵、风机和滤机等，在调速和节能方面起着重要作用。

　　炼油生产过程中，流量、液面、压力等参数常随着工况的改变而改变。由于技术水平限制，没有一种合适调速方法，因此只能采用控制阀门或挡板开度的方法来改变流量、液面等，即用人为增减阻力的办法实现调节。工艺需要小流量时，大量能量损失在阀门或挡板上。变频器能够根据负载大小自动调节频率，使各种工况下机泵电耗降至最低，起到节约大量电能的作用。

　　目前我公司使用富士中压变频器，电机运行时功率因数甚至可达到0.95以上，节能效果明显。

2　富士中压变频器原理和性能指标

　　2.1　富士中压变频器工作原理

　　图1是富士中压变频器的原理框图。变频器每相由4个相同功率单元串接而成，每个功率单元由输入变压器两个二次线圈供电。每个二次线圈额定电压均为480v，这样每个功率单元的输入额定电压为960v，输出电压为0～960v，4个功率单元最大输出电压相加即为相电压3840v，对应的线电压为6650v，额定电压视为6000v。

　　每个功率单元都可以视为一个采用igbt构成的三相输入，单相输出的pwm变频器，输出0～960v可调电压和0～120hz可调频率，其结构原理与通常的低压变频器原理一样。

　　2.2　富士中压igbt变频器性能指标

　　frenic4600fm4系列变频器采用了32位risc处理器的cpu，用于频率控制、运转程序、各种接口等基本控制;在需要进行高速运算的电流控制部、电压指令整形部分别搭载了数字信号处理器（dsp）。为了对各种用途实现最佳控制，将系统作了固件化，它具有以下几种功能：

　　（1）程序功能

　　可根据外部顺序及控制信号，用软件实现系统运转和停止操作。

　　（2）调节功能

　　具有基于采样控制，进行最佳控制的调节功能。

　　（3） 控制参数设定功能

　　用操作面板、编程器、pod或者集中监视系统，可以对系统的每个控制参数进行设定或作最佳调整。

　　（4） 故障检测功能

　　故障发生时的信息可以通过操作面板、编程器、pod或者集中监视系统确认。而且通过编程器或集中监视系统还能够采集故障发生前后的数据。

　　（5） 独立运转功能

　　无须连接上位机系统，仅使用frenic4600fm4就可以控制电机运转。

　　（6） 停电保护功能

　　在发生停电故障时，ram的数据由电容支持保护，在不通电的状态下数据可维持一个星期。

　　（7） 在线模拟量数据输出

　　运转中的部分数据可以以模拟量输出。

3　富士中压igbt变频器在西二循循环水泵的应用

　　3.1　应用原因

　　西二循有3台循环水泵分别是泵1/1、泵1/2、泵1/3，电机功率都是400

　　kw，这三台高压泵是互为备用的。装置正常生产时开2台高压水泵，由于水压过高，有一部分循环水要打回流，造成大量电能浪费，在泵1/1装设中压变频器后，可以根据生产流程需要自动调节频率，既能满足生产用水要求，又能节省大量的电能。

　　3.2　效果分析

　　根据流体机械原理可知，对于泵类、风机类负载，流量和转速成正比，而电机的轴功率与转速的立方成正比。因此采用变频技术在不同流量时消耗的功率为：

　　p变＝n3ped＝q3ped （1）

　　若采用阀门控制流量，电机在额定转速下恒速运转，在不同流量时电机消耗的功率为：

　　p阀＝（0.4+0.6q）ped （2）

　　式（1）、（2）中ped为阀门全开电机以额定转速运行时消耗的功率，q为流量的相对值。从上面两条公式可以算出，当流量q为额定流量的50%时，采用变频调速技术时消耗功率为0.125ped，采用阀门控制流量消耗功率为0.7 ped。理论上节电率为：（0.7-0.125）/0.7＝82.1%，可见变频器节能效果非常好。

　　在西二循泵1/1装设变频器投用后变频器运行频率是41hz，按照上面公式估算变频器投用后每天可节电3682kw.h。同时还能减少对机泵的冲击，减少机泵的维修量，延长机泵的使用寿命，节省大量的检修费用。

4　变频器一次、二次控制线路

　　作为炼油系统的循环水泵，在变频器发生故障时要具有快速恢复送电功能，为此我们根据使用变频器和不使用变频器的特点，设计出该循环水泵既可以带变频器运行，又可以不带变频器运行。下面根据图2来说明工频运行、变频运行一次、二次控制线路图控制原理：

　　4.1　工频运行

　　（1）一次电路

　　双向刀闸qs打到工频位置，如果qf开关合上，6kv高压电通过qf开关、qs刀闸加到电机上，电机正常运转，反之电机停机备用。

　　（2）二次控制线路

　　bk转换开关打到工频位置，①②、③④、⑤⑥三对触点接通，按下sb1起动按钮，（+wc）—1qf—sb1—③④—①②—合闸电路—1qf—（-wc）。合闸线圈得电qf开关合上电机正常运行，按下sb2停止按钮，（+wc）—1qf—sb2—⑤⑥—跳闸电路—1qf—（-wc）。跳闸线圈得电qf开关断开电机停止运行。

　　4.2　变频运行

　　（1）一次电路

　　双向刀闸qs打到变频位置，qf开关合上，起动变频器，6kv高压电通过qf开关、变频器、刀闸加到电机上，电机正常运转，反之电机停机备用。

　　（2）二次控制线路

　　bk转换开关打到变频位置，⑦⑧、⑨⑩、三对触点接通，在变频器允许开机3zj常开触点接通时，按下sb1起动按钮，（+wc）—1qf—sb1—3zj—⑨⑩—1zj—1qf—（-wc）。1zj中间继电器得电，起动变频器，电机带变频器运行。按下sb2停止按钮，（+wc）—1qf—sb2—⑦⑧—2zj—1qf—（-wc）。2zj中间继电器线圈得电，变频器停止运行。

5　结束语

　　使用变频器，不仅能起到节能作用，而且延长机泵的使用寿命，减少机泵的维修量，是石化企业进行节能降耗理想电气设备。