高压变频装置在转炉煤气加压站的应用

邯钢热力厂转炉煤气加压站设计有三台转炉煤气加压机，前期安装两台1#、2#机，互为备用，预留3#机。正常情况下1#、2#机变频启动运行，变频故障情况下1#、2#机工频运行。1#、2#机电机型号为yaksp500-2-850（10kv），电机功率为850kw，电机额定电压为10kv，加压机的额定流量1000m³/min，由于全天各个时间段电价的不同、各用户用气量变化较大的因素及各用户对煤气质量的要求，如果通过调节煤气回流阀和加压机出口阀的开度来调节供气量，将导致大量电能消耗在阀门上，考虑到上述因素，因此决定采用变频器控制加机压启动运行。

2 jzhicon-1a-10/075型高压变频装置的原理

2.1设备选型

由于变频调速在节能、调速 精度、调速范围等方面具有同其它调速装置无法比拟的优越性，并且可以方便实现同自动化控制系统的通讯。经过考察和研究，决定使用哈尔滨九洲电气股份有限公司变频装置分别带1#、2#机运行。加压机配套电机850kw/10kv，为了保证设备的稳定运行，选择了比电机容量大一个等级的变频器，配套哈尔滨九洲电气股分有限公司1250kw/10kv高压变频调速系统。

2.2 jzhicon-1a-10/075型高压变频装置的工作原理

jzhicon-1a-10/075型高压变频装置主要由主回路、功率单元和控制系统组成。

（1） 主回路

jzhicon-1a-10/075高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为igbt。由于igbt耐压所限，无法直接逆变出10kv，且因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。jzhicon-1a变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。三相输出为y接，得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。

隔离变压器为三相干式整流变压器，风冷，有使用寿命长、免维护等优点。变压器原边输入可为任意电压，y接；副边绕组数量10kv系列为24个，延边三角形接法，为每个功率单元提供三相电源输入。由于为功率单元提供电源的变压器副边绕组有一定的相位差，从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，所以jzhicon-1a变频器输入电流的总谐波含量（thd）远小于国家标准5％的要求，并且能保持接近1的输入功率因数。

（2） 功率单元

功率单元原理见附图，输入电源端r、s、t接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由igbt组成的单相h形桥式逆变电路。

附图 功率单元主电路图

功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制（pwm）方式，控制igbt q1～q4的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态，当q1和q4导通时，l1和l2的输出电压状态为1；当q2和q3导通时，l1和l2的输出电压状态为-1；当q1和q2或者q3和q4导通时，l1和l2的输出电压状态为0。

功率单元具有旁路功能。当某个单元发生熔断器故障、过热和igbt故障而不能继续工作时，该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路，此时q1—q4封锁输出，可控硅k导通，以保证变频器连续工作，并发出旁路告警，单元旁路时，变频器因运行单元数量减少，额定输出电压能力将降低。

（3） 控制系统

控制系统由控制器（包括三块光纤板，一块信号板和一块主控板），plc和工控机组成。光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，每块光纤板控制一相的所有单元；信号板采集变频器的输入电压、电流和输出电压、电流信号，并将模拟信号隔离、滤波和量程转换；主控板采用高速单片机，完成对电机控制的所有功能，运用正弦波空间矢量方式产生脉宽调制的三相电压指定。工控机为用户提供友好的全中文winnt监控和操作界面，负责数据采集、信息处理和与外部的通讯联系；plc用变频器内部开关信号以及现场操作信号和状态信号的逻辑处理，增强了变频器现场应用的灵活性。

变频控制分开环和闭环控制（恒压供气）两种，加压站的运行方式为闭环运行，可以选择上位控制和本地控制。上位控制是变频器与上位机通过rs485电缆连接，采用modbus通讯，实时监视变频器的状态。通过上位机可以修改变频器的某些参数，还可以通过上位机对变频器进行加、减操作。本地控制是用户可以直接利用工控机的软件界面对变频器进行操作。

3 设备运行情况及运用变频器后的优越性

变频系统安装、调试在2005年8月份完成并开始运行。通过变频可以减少工作人员的工作量、保护管道、节省电耗，在选型及可行性认证中加压站投入了比较大的精力。

4 结束语

高压变频装置其节能效果明显，采用变频调速后，实现了电机的软启动，延长了电机的寿命，减少了对引水管路的冲击，同时出口阀门全开，减少了对管道的震动和磨擦，为我厂创造了可观的经济效益。

作者简介

李占滨（1972-） 男 工程师 现任热力厂电气车间主任助理。