高压变频器在原油泵的改造方案

高压变频器在原油泵的改造方案
1、引言

　　变频调速技术的成功出现，就以其优异的性能代替了其他交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的主要方式。交流电机调速的目的主要有两个，一是为了满足生产工艺要求，二是为了达到节能降耗的目的，在储运车间P433原油泵改造方案中，就将变频器应用到该系统中。

2、改造前的工况

　　P433泵型号:  250AYSⅡ-150×2A;
　　额定流量:  472 m3/h;
　　额定扬程:  272m;
　　轴功率:   443kW;
　　效率:    79%;
　　额定转速:   2950r/min ;
　　运行时出口压力: 2.8MPa;
　　允许出口最小压力: 2.1MPa。

　　配套电机型号: YB560S2－2;
　　额定功率: 560kＷ;
　　额定电压: 6000Ｖ;
　　额定电流: 64.1Ａ;
　　额定转速: 2967 r/min;
　　功率因数: 0.89;
　　运行时电流: 39.1Ａ。
　　现场是通过调节泵出口阀门的开度，即改变管网阻力来调节流量，同时改变了出口压力。根据泵的特性，调节出口阀门的开度，将使效率下降。若采用改变泵电机转数，阀门全开，管网阻力曲线不变，降低水泵的扬程以减小流量，根据现场需要，允许出口最小压力为2.1Mpa，允许最小流量为240t/h，在满足此要求的基础上进行调速，使泵效率在高效点运行，即变速调节比节流调节时，泵从电网吸收功率要减少，因此采用变速调节，能把消耗在节流中的损耗省下来，达到节能的目的。

3、高压变频装置原理及特点

　　变频装置采用多电平串联技术，由移相变压器、功率单元和控制器组成。6kV系列变频装置由18个功率单元构成，每6个功率单元串联构成一相，如图1所示。

图1　6kV系列变频装置原理图
　　功率单元的电路结构及原理:每个功率单元由整流、滤波、逆变、旁通、驱动、保护、模拟量采集、PWM形成等电路组成。
　　输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组;这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近于1。 
　　另外，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器。
　　输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造;同时，电机的谐波损耗也大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

　　由于应用了先进的电力电子技术、计算机控制技术、现代通信技术和高压电气、电机拖动等综合性领域的学科技术，因此变频调速具有其它调速方式无法比拟的优点:
（1）变频器采用液晶显示数字界面，调整触摸式面板，可随时显示电压、电流、频率、电机转速等，可非常直观地显示电机在任何时间的实时状态;
（2）精确的频率分辨率和高的调速精度，完全可以满足各种生产工艺工况的要求;
（3）高压变频器具有国际通用的外部接口，可以同可编程控制器（PLC）和工控机等各种仪表相连，并可与原设备控制回路相连接，构成部分闭环系统，如与原DCS系统实现数据交换和连锁控制等;
（4）具有就地和异地操作功能，另可通过互联网实现远程监控功能;
（5）具有电力电子保护和工业电气保护功能，保证变频器和电机在正常运行和故障时的安全可靠;
（6）电机可实现软启动、软制动，启动电流小，小于电机的额定电流，电机启动时间可连续可调，减少了对电网影响;
（7）减少配件的损耗，延长设备的使用寿命，提高了劳动生产效率。

4、系统方案

      4.1　改造前的系统
 
　　改造前的系统为采用高压开关设备直接控制高压电机运行，通过调节阀门的开度来改变流量及阀门出口压力。
      4.2　改造后的系统方案
      改造后的系统方案是采用高压变频调速装置对电机转速进行调节，从而进行调节流量及阀门出口压力。同时带有旁路系统，当变频器故障是可以打到旁路运行。  

    　5、变频节能分析

　　根据流体力学原理，对于调速泵来说，有如下关系;
　　泵输出流量的大小与所拖动的电机转速的平方成正比;
　　泵消耗的功率大小与所拖动的电机转速的立方成正比;
　　由于调速电机所拖动的泵的额定扬程为272m，如当输送原油的管网压力为2.1Mpa（相当扬程为210m），则可。
（1）计算出调速泵在调速运行中的最低转速:

r/min当管网压力为2.1Mpa时，调速最低速为2592 r/min，此时泵输出的流量为262.11 t/h，完全满足现场要求240 t/h的要求。
（2）改造前作为恒速泵的原油泵消耗功率的计算:
　　泵工作时所需的轴功率=（介质密度×重力加速度×流量×扬程）÷（1000×泵的效率）。 
（3）改造后作为调速泵的原油泵进行输送消耗功率的计算。
　　原油介质密度按0.800t/m3（40℃）计算，电机的效率按92%计算。
　　改造前、后正常运行时泵消耗的功率（根据上面公式计算）如附表所示:

附表、系统改造前、后正常运行时泵消耗的功率

      由此可见，将一台原油泵拖动电机改为由变频装置调速运行后，一年可节约电费约55.74万元。     

6、结束语

　　高压变频调速控制作为一种新型的调速方法，其性能优于其它调速方式，是现代化大型电厂广泛采用的一种节能控制手段。变频改造工程促进了企业经济效益的明显提高，并且它以高性能、高可靠性和调节的灵活性以及操作的简便性，赢得了运行人员的认可。