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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(jí)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(tái)活塞式壓縮機(jī)，適配電機(jī)規(guī)格型號(hào)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(duì)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(hào)的高壓變頻器2臺(tái)，對(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)1#壓縮機(jī)變頻運(yùn)行,，也可通過切換拖動(dòng)2#壓縮機(jī)變頻運(yùn)行,。兩壓縮機(jī)電動(dòng)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(duì)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(chǔ)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(hào)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(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)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(dòng),、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(tái)電機(jī),，2用2備,，未采用變頻時(shí)，2臺(tái)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(tái)電機(jī)跳閘，現(xiàn)場通過手動(dòng)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(tái)工頻一臺(tái)變頻運(yùn)行,，變頻器為壓力閉環(huán)控制,，壓力為儲(chǔ)氣罐的壓力。變頻器啟動(dòng)時(shí),，另外一臺(tái)工頻是正常運(yùn)行的,。變頻器是帶載啟動(dòng)，啟動(dòng)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(dòng),，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(dòng)及運(yùn)行均不易穩(wěn)定，尤其是帶壓啟動(dòng)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(dòng),，壓縮機(jī)啟動(dòng)需要大啟動(dòng)力矩。經(jīng)分析討論,，認(rèn)為需使用矢量控制方式,，解決啟動(dòng)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(shí),。

得到的參數(shù)辨識(shí)如表2所示,。

參數(shù)辨識(shí)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(dòng),，和現(xiàn)場的往復(fù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(dòng)電流波動(dòng)大,，現(xiàn)場帶載可以正常啟動(dòng)正常,。矢量控制可以提供足夠的力矩啟動(dòng)負(fù)載。采用無感矢量控制解決了現(xiàn)場帶載啟動(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)，極大地減輕了設(shè)備起動(dòng)時(shí)對(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)手轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng),、監(jiān)控，大大減輕了工人的勞動(dòng)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(dòng)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(duì)保證煤氣加壓系統(tǒng)的安全正常運(yùn)行起著重要的作用。