超大功率高壓變頻器在中盈化肥壓縮機中的應用
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方案采用全容量高壓變頻備用的一拖一變頻切換系統方案，其原理如圖三所示。其中，QF表示高壓開關、TF表示變頻器、ML表示母聯開關、GN表示隔離開關柜、M表示電動機。QFx2和QFx3之間存在電氣與邏輯雙重互鎖關系，防止變頻器輸出側發生短路等嚴重事故(x，表示設備編號)。
圖（三）高壓電氣配電與變頻驅動一次動力系統圖
三臺壓縮機的電動機驅動系統，由301變電站II、III段母線分別引至313變電所。其中，備用變頻器下掛于III段母線，QF41提供10kV驅動電源。備用變頻器可在三臺電動機任意一臺工作變頻電氣系統故障時，驅動壓縮機調速運行。
正常情況下，每臺壓縮機均有一臺主變頻器TF通過QF2連接至電動機，實現壓縮機的電氣驅動。系統并可根據合成氨裝置的生產需求調節壓縮機轉速改變氣量，達到滿足生產的目的。
以合成氣壓縮機為例：壓縮機主變頻驅動時，首先檢查備用變頻器輸出側QF13與電動機處于斷開狀態，然后閉合工作變頻器TF1輸出側開關QF12與電動機M1連接。送電啟動步序：①QF13處于分斷狀態；②操作QF12合閘；③變頻器允許高壓合閘；④操作QF15合閘；⑤啟動條件滿足、變頻器待機正常；⑥啟動變頻器TF1運行；⑦合成氣壓縮機電動機啟動完畢。
當合成氣壓縮機主電氣系統故障或需要檢修時，壓縮機可利用備用變頻TF4提供不間斷變頻驅動運行。備用變頻啟動步序：①操作QF12分閘狀態；②操作QF13的合閘，備用變頻器TF4自動選擇適配電動機啟動保護參數組；③操作確認電動機對應的工位有效，TF4具備高壓合閘允許條件，允許QF45合閘；④操作QF45合閘；⑤壓縮機具備變頻器啟動運行條件、變頻器待機正常；⑥啟動備用變頻器驅動壓縮機組運行；⑦電動機M1變頻運行恢復完畢。
備用變頻器TF4自動確認電動機匹配，選擇與之對應的控制功能和對應的壓縮機控制工藝參數；滿足備用變頻器可替代合成氣、氨氣、二氧化碳壓縮機用變頻器的需求。
(4)、協調控制、調速及狀態
控制邏輯系統采用變頻協調控制技術（IECS協調控制系統柜）解決電氣系統中變頻器與高壓開關、壓縮機組、生產工藝之間的協調控制關系，以及主變頻器與備用變頻器之間的切換替代等協調問題。
變頻轉速控制信號為3點互為冗余，變頻器根據3個頻率接入信號進行3取中處理后進行變頻器頻率輸出調節。當有其中一路頻率給定指令中斷或超量程后，變頻器自動選擇另外倆路正常的信號2取中，當變頻器給定頻率信號完全丟失時，變頻器可設定掉線保持或最大、最小或停車等運行模式，保證在給定信號完全丟失的情況下，仍能夠安全處理，最大限度的保證生產調節的連續性。
變頻器除了向用戶輸出DO、AO等硬連線傳輸變頻器所有狀態，還預留MODBUS通訊接口，可傳輸變頻器內部變量包括：變頻器輸入電壓、輸出電壓、輸入電流、輸出電流、給定頻率、運行頻率、變壓器溫度、變頻器報警、故障和運行狀態，以滿足用戶多元化要求。
變頻協調控制柜
另外，高壓變頻器在運行中將產生3%的效率損失，并以熱量形式散失在環境中。需要配套高壓變頻空-水冷卻系統解決變頻器的環境散熱問題，空-水冷系統具有進水口壓力和出水口壓力檢測報警，進水口溫度出水口溫度檢測報警和流量調節控制，空-水冷系統的壓力、水溫、流量用戶在遠程可實時監控和調節。通過系統化集成解決方案的應用，實現壓縮機電氣驅動的工藝控制、變頻驅動控制、環境控制等。
空-水冷系統
6.1、電機實現了軟啟動、軟停車，電機啟動電流遠遠小于額定電流，啟動時間相應延長，對電網沖擊很小。
.6.2、相比傳統啟動方式，采用變頻啟動壓縮機出入口壓力差降低了很多，從而減輕了起動機械轉矩對電機機械損傷，降低了噪音，有效的延長了電機的使用壽命，相應地延長了許多零部件的壽命；同時極大的減輕了對管道的沖擊，有效延長了管道的檢修周期，減少了檢修維護開支，節約大量維護費用。
6.3、實現了電機平穩無極調速，提高了生產工藝精度。
目前，國內年產單體40萬噸及以上合成氨裝置設計中，合成氣壓縮機、氨氣壓縮機、二氧化碳壓縮機等主壓縮機組主要采用“鍋爐+汽輪機驅動”的方式生產運行。該種陳舊的建設模式，在新的經濟形式和節能減排的國家背景下，存在以下幾方面的問題：
1、 在新建項目中，“鍋爐+汽輪機驅動”的方式投資高、占地面積大、建設周期長。
2、 裝置投產后，燃煤鍋爐的運營維護成本高。
3、 燃煤鍋爐能效低，廠區蒸汽跑、冒嚴重、煙氣排放環境污染嚴重。
4、 系統調節性能差，生產效率低，能源浪費較大。
5、 鍋爐蒸汽生產水耗、煤耗指標高，生產成本壓力大。
綜合上述因素，結合目前國內超大功率高壓變頻傳動技術的成熟應用。該項目在設計中考慮采用電力驅動替代“鍋爐+汽輪機驅動”。
采用電力驅動系統，將直接節約鍋爐占地、建設投入，以及后續運營維護成本和環境污染，提供生產效率。針對兩種驅動方式的經濟性比較如下表1所示。
表1 合成氨裝置主機系統兩種不同驅動方式的經濟性比較
結束語
通過對就以上合成氨裝置壓縮機驅動系統的分析和實踐證明，以高壓變頻為核心的電氣驅動系統完全能夠滿足化工生產中對壓縮機轉速、氣量調節的需求；并且在項目投資運營方面獲得可觀的經濟收益。該項目的實施，為化工行業超大功率壓縮機組解決能源與經濟、環保、高效生產等綜合問題，提供了新思路、新方法；值得在化工生產領域的能源利用、節能降耗和環保生產建設和改造項目中積極推廣。該項目的成功投運也證實了利德華福在超大功率變頻器技術上具有更大的領先優勢，完美的配套解決方案優勢，進一步奠定了利德華福作為高壓變頻龍頭老大地位。
參考文獻：
《10MW級高壓變頻器在合成氨裝置主機系統中的應用分析》 劉軍祥
《.高壓變頻調速系統HARSVERT-A系列技術手冊》 北京利德華福電氣技術有限公司
《合成氨工藝培訓手冊》李保國(end)
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