1 前言
　　隨著化工磷復(fù)肥行業(yè)近年迅速發(fā)展，在磷肥生產(chǎn)中，大型磷肥裝置紛紛建成投產(chǎn)。在生產(chǎn)的流程中，風(fēng)機(jī)、渣漿的調(diào)速通常使用的是用液力耦合器進(jìn)行調(diào)速，滿足工藝生產(chǎn)的需要。根據(jù)各單位的實(shí)際需要，通常使用的是用液力耦合器對(duì)風(fēng)機(jī)、泵進(jìn)行20%~80%調(diào)速。但電機(jī)在工頻狀態(tài)下運(yùn)行，多余的動(dòng)能通過液力耦合器轉(zhuǎn)化成熱能讓冷卻水帶走。這樣從能源使用上和生產(chǎn)維護(hù)上都不經(jīng)濟(jì)，結(jié)合現(xiàn)在高壓變頻器的技術(shù)發(fā)展，為節(jié)能減排工作提供了很好的解決辦法。采用變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)，取消原來的液力耦合器及相應(yīng)的冷卻水泵及冷卻水，降低生產(chǎn)中的能源及資源消耗。做好清潔生產(chǎn)、節(jié)能降耗。
2現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備介紹
　　云南云天化國(guó)際化工股份有限公司（簡(jiǎn)稱云天化國(guó)際）是云天化集團(tuán)有限責(zé)任公司的控股子公司。它的成立是為遵循云南省委、省政府加速培育一批國(guó)內(nèi)一流、乃至世界一流的大型企業(yè)集團(tuán)的總體要求，擁有高濃度磷復(fù)肥510萬噸的年生產(chǎn)能力，可實(shí)現(xiàn)銷售收入超過300億元。形成的高濃度磷復(fù)肥產(chǎn)能現(xiàn)居中國(guó)之首，亞洲第一，世界第二，形成了國(guó)內(nèi)一流、國(guó)際知名的、具備規(guī)模生產(chǎn)各類高濃度磷復(fù)肥和專用復(fù)合肥的大型磷化工企業(yè)。
　　云南云天化國(guó)際化工股份有限公司富瑞分公司是云天化國(guó)際的子公司，成立于2002 年11 月11 日， 在2009年的電氣節(jié)能改造工作中，對(duì)一臺(tái)710kW/6kV的CO1O1尾氣風(fēng)機(jī)和二臺(tái)450kW/6kV的磷酸膏渣漿泵進(jìn)行的變頻器改造，經(jīng)過多家產(chǎn)品對(duì)比，決定選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-710F,JD-BP37-450F型變頻器。通過一年多的運(yùn)行觀察分析，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期目的。
　　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備尾氣風(fēng)機(jī)的電機(jī)參數(shù)如下表1所示，二臺(tái)450kW/6kV的磷酸膏渣漿泵的參數(shù)相同，其中P0209A泵的電機(jī)參數(shù)如下表2所示。

　　原系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)渣漿泵，是將管道中的化工原料利用渣漿泵移動(dòng)到另一工藝的管道中，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝要求，原系統(tǒng)利用液力耦合器實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。CO1O1尾氣風(fēng)機(jī)用于干燥生產(chǎn)出來的重鈣產(chǎn)品，將重鈣產(chǎn)品吹到干燥鍋爐內(nèi)進(jìn)行干燥，燃耗再進(jìn)行下一步工藝流程，原系統(tǒng)利用液力耦合器實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。
3新風(fēng)光變頻器和液力耦合器的優(yōu)缺點(diǎn)比較
3.1液力耦合器調(diào)速
　　液力偶合器調(diào)速是高壓電機(jī)領(lǐng)域中傳統(tǒng)的調(diào)速方式，但能耗大、效率低，其原因是存在嚴(yán)重的耦合損失和轉(zhuǎn)差損失。耦合損失是由于液壓油內(nèi)摩擦造成的；轉(zhuǎn)差損失是由于調(diào)速時(shí)輸出軸和輸入軸存在轉(zhuǎn)差造成的，這種損失隨轉(zhuǎn)差的增加而上升，即效率η=1-s，其中s為轉(zhuǎn)差率。這兩部分損失最終都變成熱損失，雖然一次投資少，成本低，但調(diào)速精度差，同時(shí)還存在嚴(yán)重非線性，只在15%~ 85%間是調(diào)節(jié)線性區(qū)，即使在這區(qū)間，仍存在增速與減速間逆差間隙，造成自動(dòng)系統(tǒng)很難投入運(yùn)行。運(yùn)行不可靠，國(guó)內(nèi)已有多起由于液力耦合器葉片破損造成事故的先例，其主要原因是液力耦合器制造精度難以提高。并且采用液力偶和器調(diào)速方法需要一整套油系統(tǒng)，維護(hù)工作量很大。
3.2變頻調(diào)速
　　變頻調(diào)速是通過改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率來改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速的，是無附加轉(zhuǎn)差損耗的有效調(diào)速方式。突出優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速效率高，啟動(dòng)能耗低，調(diào)速范圍廣，可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，調(diào)速精度高，操作簡(jiǎn)便，且易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的控制自動(dòng)化。此外，在裝置發(fā)生故障后能可采取措施投入人工頻運(yùn)行，不會(huì)影響生產(chǎn)作業(yè)是其較顯著的優(yōu)點(diǎn)。由于它的調(diào)速性能優(yōu)于其他調(diào)速技術(shù)，安裝場(chǎng)地條件又比較靈活，應(yīng)用范圍廣泛，是市場(chǎng)需求增長(zhǎng)較快的調(diào)速方式。
3.3新風(fēng)光變頻器和液力耦合器的優(yōu)缺點(diǎn)比較
 

4 新風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻器優(yōu)點(diǎn)
　　山東新風(fēng)光是國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，風(fēng)光牌JD-BP37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)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)小于IEE519-1992的諧波國(guó)家標(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JD-BP37系列高壓變頻器除具有一般普通變頻器的功能外，還具有以下性能特點(diǎn)：
（1）采用高速DSP作為中央處理器，運(yùn)算速度更快，讓控制更精準(zhǔn)。
（2）飛車啟動(dòng)功能：能夠識(shí)別電機(jī)的速度及轉(zhuǎn)向并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)電網(wǎng)波動(dòng)大，系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能。從而在電網(wǎng)電壓波動(dòng)超過＋15～－35％U0情況下，系統(tǒng)能夠提供有效過、欠壓保護(hù)；在電網(wǎng)恢復(fù)正常后，自動(dòng)搜索跟蹤電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向按照設(shè)定曲線恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，保證設(shè)備安全運(yùn)行不跳閘。為了滿足不同現(xiàn)場(chǎng)對(duì)旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能的需求，系統(tǒng)提供完備的參數(shù)設(shè)定功能，真正適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況要求。
（3）完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)：現(xiàn)在的高壓變頻器一般設(shè)置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行，旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式，手動(dòng)旁路需人工操作，時(shí)間較長(zhǎng)，適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運(yùn)行工況，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。我公司提供的自動(dòng)旁路切換柜，不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài)，還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻的功能，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程不會(huì)對(duì)用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。
（4）旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能：運(yùn)行過程中高壓瞬時(shí)掉電三十秒鐘內(nèi)恢復(fù)，高壓變頻器不停機(jī)，高壓恢復(fù)后變頻自動(dòng)運(yùn)行到掉電前的頻率。
（5）線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）：變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。在運(yùn)行中，如果有任意三個(gè)單元以內(nèi)出現(xiàn)故障，變頻器本身會(huì)自動(dòng)旁路該單元，同時(shí)變頻器主控系統(tǒng)具有星點(diǎn)漂移功能，使三相輸出線電壓保持平衡，不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)造成不利影響。
（6） 具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能，將會(huì)導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護(hù)設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生。
5對(duì)變頻設(shè)備的技術(shù)要求
（1） 保證滿足系統(tǒng)工藝的運(yùn)行條件。
（2）不改變?cè)性O(shè)備的運(yùn)行模式和控制方式。
（3） 變頻改造設(shè)備與原工頻動(dòng)力系統(tǒng)為并聯(lián)互鎖連接關(guān)系。
（4）在保證系統(tǒng)運(yùn)行工況的前提下進(jìn)行節(jié)能。
（5） 變頻設(shè)備可與原監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行通訊，用于生產(chǎn)監(jiān)控，同時(shí)提供相應(yīng)的接口電路。
6變頻改造一次回路及原理
6.1磷酸渣漿泵P0209A/B一拖二系統(tǒng)圖
　　因現(xiàn)有6kV配電室沒有足夠空間，決定采用變頻器的1拖2功能，可分別拖動(dòng)P0209A/B兩臺(tái)泵。且采用手動(dòng)旁路功能。一拖二變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖如下：

　　圖1 磷酸渣漿泵P0209A/B一拖二系統(tǒng)圖

　　它是由六個(gè)高壓隔離開關(guān)K1～K6組成（見圖1）。其中K2和K3,K5和K6安裝機(jī)械互鎖裝置；K2和K5,K4和K1有電氣互鎖。如果DL1和DL2電源同時(shí)供電，A泵工作在變頻狀態(tài)，B泵工作在工頻狀態(tài)時(shí)，K3和K4、K5分閘，K2、K1和K6處于合閘狀態(tài)；B泵工作在變頻狀態(tài)，A泵工作在工頻狀態(tài)時(shí)，K2和K1、K6分閘，K4、K5和K3處于合閘狀態(tài)；如果檢修變頻器，K3和K6可以處于任一狀態(tài)，其它隔離開關(guān)都分閘，兩臺(tái)負(fù)載可以同時(shí)工頻運(yùn)行；DL1或DL2一路電源檢修時(shí)，可以通過分合隔離開關(guān)使任一電機(jī)變頻運(yùn)行。
　　保持原有對(duì)電機(jī)的保護(hù)及其整定值不變。
6.2CO1O1尾氣風(fēng)機(jī)主回路系統(tǒng)圖
　　尾氣風(fēng)機(jī)采用一拖一運(yùn)行方式，配置手動(dòng)旁路柜。

　　圖2 CO1O1尾氣風(fēng)機(jī)主回路系統(tǒng)圖

　　圖2旁路柜中，共有3個(gè)高壓隔離開關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電磁互鎖。當(dāng)K1、K3閉合，K2斷開時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)K1、K3斷開，K2閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。
　　旁路柜必須與上級(jí)高壓斷路器DL連鎖， DL合閘時(shí)，絕對(duì)不允許操作旁路隔離開關(guān)與變頻輸出隔離開關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設(shè)備的安全。
　　故障分閘：將變頻器“高壓分?jǐn)唷毙盘?hào)與旁路柜“變頻投入”信號(hào)串聯(lián)后，并聯(lián)于高壓開關(guān)分閘回路。在變頻投入狀態(tài)下，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入；旁路投入狀態(tài)下，變頻器故障分閘無效。
　　保護(hù)：保持原有對(duì)電機(jī)的保護(hù)及其整定值不變。
6.3 變頻器改造后對(duì)液力耦合器的處理
　　經(jīng)過對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行分析，對(duì)原系統(tǒng)設(shè)備的控制由原來的液力耦合器調(diào)節(jié)改為變頻器調(diào)節(jié)，改造方案有如下兩種：一是將電機(jī)與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通；二是將電機(jī)前移直接與負(fù)載相連，由變頻器直接對(duì)負(fù)載設(shè)備進(jìn)行調(diào)速。本次改造項(xiàng)目采用后一種方案，變頻器設(shè)備接入用戶側(cè)高壓開關(guān)和擬改造電機(jī)之間，變頻器控制接入原有的DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)來完成正常操作，調(diào)整負(fù)載轉(zhuǎn)速為生產(chǎn)工藝要求值。
6.4對(duì)外接口
　　模擬量輸入：2路，4～20mA 。4～20mA時(shí)輸入阻抗250Ω，用于接收速度設(shè)置或被控量設(shè)置的模擬信號(hào)；現(xiàn)場(chǎng)的流量、壓力等信號(hào)。
　　模擬量輸出：2路，4～20mA 。4～20mA輸出時(shí)最大阻抗500Ω。以模擬方式輸出變頻器的運(yùn)行速度；變頻器的輸入、輸出電壓、電流、功率及功率因數(shù)等變量。
　　數(shù)字量輸入：12路，光電隔離，隔離電壓500VAC。接收遠(yuǎn)程控制信號(hào)，速度給定開關(guān)信號(hào)及各開關(guān)狀態(tài)等。
　　數(shù)字量輸出：9路，中間繼電器隔離，隔離電壓750VAC，接點(diǎn)容量5A。輸出變頻器狀態(tài)，控制主電源開斷。
　　通訊接口：提供隔離RS485，MODBUS、以太網(wǎng)等通訊規(guī)約，實(shí)現(xiàn)與上位系統(tǒng)的通訊。
7效益分析
7.1 二期磷酸渣漿泵P0209節(jié)能效果統(tǒng)計(jì)分析
 

7.2 CO1O1尾氣風(fēng)機(jī)節(jié)能效果統(tǒng)計(jì)分析
 

　　通過以上兩個(gè)案例分析，由此可見，在滿足生產(chǎn)要求的條件下，采用變頻調(diào)速便可將風(fēng)門或液離耦合器耗費(fèi)的電能節(jié)約下來，一年節(jié)省電費(fèi)79.6萬元。
　　綜合效益：通過降低綜合運(yùn)營(yíng)成本可達(dá)50%（電費(fèi)成本＋設(shè)備故障成本＋設(shè)備維護(hù)成本＋設(shè)備更新成本＋耦合器的冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行成本）。另外由于變頻器具有軟啟停功能，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。由此產(chǎn)生的間接效益將是無法估量。
8結(jié)束語(yǔ)
　　總之，云天化國(guó)際富瑞公司在風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載進(jìn)行高壓變頻節(jié)能改造不管從操作、運(yùn)行維護(hù)，還是節(jié)能方面都取得很好的效果，是成功的。其控制方便，靈活，優(yōu)良的調(diào)速性能，完全可以滿足生產(chǎn)工藝的要求；良好的節(jié)能效果，可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。變頻器的使用大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化控制水平，使整套設(shè)備的控制系統(tǒng)變得更加安全可靠，從而保證了生產(chǎn)的有效和穩(wěn)定。