高压变频调速器在渣浆泵上的运用

苏红生1冯中志2

（1.云南云天化股份有限公司红磷分公司生产维保中心云南开远661600；

2.昆明云隼科技有限公司云南昆明650214）

摘要：介绍艾默生高压变频调速器MegaVert的工作原理，在磷石膏渣浆泵上的应用。与传统的调速装置相比，速度控制连续平滑，保护功能完善可靠，有利于设备的长周期安全稳定运行。

关键词：高压变频调速器；渣浆泵；应用

1前言

大容量、高耐压功率器件和大规模集成电路的技术迅速发展，高压变频调速器成为一种先进成熟的调速系统。变频调速器的调速和起动性能比其他类型调速更易实现、效率更高。公司中的湿法排渣渣浆泵是制约磷酸生产的关键设备，由于渣坝不断提高，渣浆泵出口压力越来越高，渣浆管总出口压力在34.9kPa～43kPa之间，渣浆槽液位较难稳定控制，在生产过程中用第二级渣浆泵的启/停来控制渣浆槽液位，导致渣浆泵的过流部件磨损极为严重，严重制约生产装置的长周期稳定运行。对第三级渣浆泵加装变频调速器后，调节第三级渣浆泵的运行速度，达到均衡控制渣浆槽液位，避免第二级渣浆泵的频繁启、停，减少渣浆泵的机械故障，实现长周期稳定运行。

2艾默生高压变频调速器MegaVert的工作原理

高压变频调速器常用来控制交流电机的速度，它可以改变电机的转速和扭矩，实现对电机的软起动、满足生产工艺的控制需求的连续平滑调速、减少机械磨损延长设备寿命、改善功率因素、实现过流、过压、过载等保护功能。

艾默生6kV变频器主要由移相变压器、H桥逆变器及控制系统组成。输出侧电压由各功率单元的输出电压串联形成，6kV每5个功率单元串联构成一相，三相Y接，直接给6kV电机供电。输入侧移相变压器将网侧高压变换为副边的多组低压，相互之间形成12度相角差，对各功率单元供电。每个功率单元的输出均为等幅PWM电压波形，串联叠加后在变频器输出侧构成正弦阶梯状PWM波形。多级移相叠加的整流方式，消除了大部分由功率单元引起的谐波电流，从而显著改善了网侧的电流波形，消除变频器对电网的谐波污染。

图1为艾默生高压变频器的系统结构图。电源由开关1供给变频器，变频器输出经开关2供给电动机。开关3作为旁路，当变频器出现故障或检修时由开关3把工频电源供给电动机。开关1、开关2、开关3的选择由使用单位根据实据选择，可用高压断路器或高压隔离开关。

图1默生高压变频器系统结构图

3艾默生高压变频调速器MegaVert在渣浆泵上的应用

3.1渣浆泵高压变频器的确定

湿法排渣渣浆泵电机型号为YKK500-6，额定电压6kV、额定电流88A，额定转速980n/min，电机额定功率710kW。根据现场实际选用艾默生网络能源有限公司生产的MegaVert-F1000-06/06变频器、额定容量为1000kVA、额定电压6kV。第三级渣浆泵加装高压变频调速器采用“一拖一”手动工频旁路系统。高压变频器运行时，变频器采用“远程”控制模式，在控制室DCS操作系统根据渣浆槽液位高低来，用4-20mA的电流信号来控制电动机的转速，使三台渣浆泵平稳运行。第三级渣浆泵加装高压变频调速后系统一次接线方式如图2。

图2湿法排渣高压变频高速器一次接线单线图

旁路柜由高压隔离开关QS1、QS21和QS22组成，高压电源经高压开关QF到旁路柜，经输入刀闸QS1到高压变频装置，变频装置输出经出线刀闸QS22送至电动机；高压电源还可经旁路刀闸QS21直接起动电动机。进出线刀闸QS1、QS22和旁路刀闸QS21的作用是：一旦变频装置出现故障，即可马上断开出线刀闸QS22，再断进线刀闸QS1，将变频装置隔离，手动合旁路刀闸QS21，在工频电源下起动电机运行。QS22与QS21之间通过机械闭锁，防止误操作。

为了实现变频器故障保护，变频器对高压断路器QF进行连锁，一旦变频器故障，变频器跳开QF。电机工频运行时，变频器允许QF合闸，撤消对QF的跳闸信号，使电机能正常通过QF合闸工频启动。

3.2控制和操作

为了达到既简化控制信号的连接、又能使渣浆泵的操作控制人员在控制室对变频器进行远程控制，将变频器的频率设定模拟量信号、运行信号、报警信号、电流信号、6kV高压配电柜的合闸、分闸连锁信号等接入DCS控制系统；用渣浆槽的液位控制第三级渣浆泵的转速；变频器的调试和检修在机房以“就地控制”方式进行启动、停机、复位操作，这种方式主要是电气人员进行操作；变频器的正常启动、停机由操作人员完成，电气人员检查变频器正常后把控制模式转换为“远程控制”，操作人员根据工艺要求进行相应的操作。

在渣浆泵旁设一个现场控制箱，控制箱上设有“预充电/合闸”、变频器“启动”、“变频器停止”、“远程分闸”四个按钮，同时设有允许变频器运行信号灯与变频器运行信号灯。操作步骤如下：

点击“预充电/合闸”按钮后，此时变频柜内预充电接触器闭合，通过充电电阻接通变压器辅助绕组使变压器高压侧产生高压，从而使二次绕组产生722V交流电压；变频器开始软启动，对功率单元进行充电；在预充电过程系统同时进行功率单元IGBT自检、光纤自检、旁路组件自检等检查操作；功率单元预充电及相关自检操作完成后，预充电接触器自动断开，手动或自动（默认为自动）闭合进线高压断路器，合闸成功后，控制面板上和变压器柜门板上的高压指示灯（红色）常亮。现场控制箱上的允许变频器运行信号灯亮，按变频器启动

按钮进行变频器“运行”操作。变频器按照设定的起机方式运行，启动完后变频器运行信号灯亮，变频器正常运行。停机只需按相应的停机按钮即可。

3.3渣浆泵应用变频器后的效果

3.3.1渣浆泵自投用高压变频器后，投用前渣浆泵的运行周期平均只有25天，投用后提高到40天，从现在的运行情况来看，运行周期还有大幅度的提高的空间，按40天计全年湿排的检修次数由11次降低到9次，可减少3次调线的检修时间，加装变频调速器后延长设备的检修周期。

3.3.2投用变频器后避免频繁启停二级渣浆泵，二级渣浆泵属直接起动，减少起动电流对电网的冲击，同时避免二级渣浆泵的起停引起渣浆管管网压力变化造成的机械损坏。三级渣浆泵加装变频调速后启动、停止过程平滑，调速连续平滑，使电力系统稳定运行，设备的使用周期延长。

3.3.3在20～100%的负载变化情况内达到或超过0.95的功率因数，并且电流谐波少，无须功率因数补偿/谐波抑制装置。

3.3.4控制系统采用全数字微机控制，有很强的自诊断功能，能对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示，能在就地显示并远方报警，便于运行人员和检修人员能辨别和解决所出现的问题。

3.3.5节能效果明显，三级渣浆泵投用变频器后，三级渣浆泵的平均运行电流从65A下降至39.5A，节约的功率为P=1.732×U×I×0.9/1000=1.732×6000×（65-39.5）×0.9/1000=201.085kW，按年运行300天计，渣浆泵的节约电能为1447813.44kW.h，按电价0.3元/kW.h计，每年可节约电费43.43万元。

4结论

高压变频调速器的技术越来越成熟，只要掌握其基本的操作和维修，正确使用能为生产的操作提供便利。对第三级渣浆泵加装高压变频调速器是成功达到控制渣浆槽液位，避免二级渣浆泵的频繁启、停，减少渣浆泵的机械故障，确保各生产装置的长周期稳定运行，同时也节约了电能。

参考文献：

[1]吴忠智，吴加林.中（高）压大功率变频器应用手册.北京.机械工业出版社，2003.85-126

[2]汪明.网络化控制变频调速系统.中国电力出版社，2006.36-45

[3]徐彦飞.高压变频器在硫酸生产系统的节能改造[J].硫酸工业，2018，（2）.

[4]冯逸.高压变频器在发电厂给水泵系统中的应用[J].电世界，2016，（10）.

作者简介：

苏红生（1969-），男，云南陆良县人，长期从事电器技术及公用工程管理。

冯中志男，1972年出生，高级工程师，主要从事自动化系统设计和管理工作。