（恒力石化（大连）炼化有限公司）
摘要：恒力炼化一体化项目在电气设备选型方面，大量采用变频调速控制，整个项目共配置变频器3217台套，其中高压变频器152台套，单台最大容量达到9000kVA，低压变频器3065台套，不但在节能降耗方面取得了明显效果，而且在优化工艺操作、精准调控产品指标、优化工艺流程设备、降低设备故障率等多方面体现出了显著优势。
关键词：变频器；平方递减转矩负载；电动机调速
在项目中变频器的应用方面，恒力炼化电气专业通过与各工艺专业充分沟通，针对不同设备、不同工况进行缜密分析，制定最优方案，现将各种应用方案总结如下：
一、常规水（油）泵、风机类等平方递减转矩负载变频控制
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传统的机泵、风机一般是工频的电动机驱动，其转矩与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比，常规方案采用阀门和回流线控制流量或压力，部分多余介质通过回流线又回到原来的位置，能量浪费较大。特别是设计工况流量变化较大的情况下，能耗更大。
机泵运送的介质是流体类，瞬间起动对电机、泵体、管道冲击特别大，严重会产生剧烈震动，加速机械的磨损，对电网的冲击也很大。其次工频电机输出额定功率，不能根据工艺生产实际需要来调整输出功率，而工艺对系统流量的控制基本依靠阀门、旁路等手段，调整后回讯滞后，如频繁的变换阀门开度，控制不一，也会二次造成系统管网波动，影响生产的产品质量和效率。
管道里流体能量损失较大，能量的损失跟流体的流态、流速密切相关，跟外界的对流的干扰有很大关系，当然也跟流体的粘性系数、液体的密度、管径都有密切关系，当这些条件都一定的前提下，减小流动阻力和调整流速，才更可能的减少能量的损耗。
二、空冷式热交换器风机全变频器控制
传统空冷式热交换器风机的控制一般采用一半工频、一半变频控制，其优点是投资适中，相比工频换热效果明显，减少了工作强度，节能。缺点是控制精度不高，空冷电机的启停对冷却温度影响更大，物料换热不均匀，需要通过百叶窗调节，温度波动影响工艺和设备运行，恒力炼化摒弃此方案的缺点，全部采用变频器控制。
此方案消除了操作人员主观因素的影响；保证了监测的连续性、及时性、准确性；通过变频器超前调节的功能，实现对每台空冷器的单独控制和多台空冷器的自动控制和空冷器之间的切换，来适应不同工况下的操作。PID的超前控制以及变频器可控的加速功能，使得温度调节由以前的跳跃式控制变为连续调节，控制精度显著提高。
同时减少了空冷器的故障频率，而且延长了电机的使用寿命。保证了装置平稳运行。通过变频器的投用，空冷器风机节能效果明显。综合季节变化、负荷调整，每年可节约能耗约1亿kWh。
三、输煤MC2A/B管带机双变频主从控制
当前大多数电厂输煤皮带机系统都采用工频驱动工作方式，由于电机无法采用软起软停，在机械上产生剧烈冲击，加速机械的磨损，对电网的冲击也很大；且多台电机驱动的皮带机，由于滚筒的磨损程度不同，造成滚筒不等径，使得电机负荷不平衡，对皮带设备的冲击很大，导致设备的故障率提高，维护费用加大等问题。为了解决这个难题，恒力炼化项目经过反复论证，采用头尾双变频驱动，主从控制方案。
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此方案中管带机MC2A和MC2B管带机各由两台电机变频驱动，变频器采用主从控制，即Master/Slave模式，变频器中有一个的参数ST，S即Speed速度，T即Torque转矩，当变频器采用速度控制时，作为主机Master，ST=0；当变频器采用转矩控制时，作为Slave，ST=1。主机的转矩电流反馈输出，作为从机的转矩电流输入基准。这样主机和从机同时输出相同的力，达到动力平衡，管带皮带机平稳运行。
该系统运用变频器的软起动功能，将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一，通过电机的慢速起动，带动皮带机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了系统机械部分的检修量。
变频器采用了无速度传感器矢量控制方式，自动转矩补偿，启动平滑，低速大转矩输出完美解决了输煤系统重载重启问题。
四、芳烃联合装置二甲苯吸附塔循环泵变频切工频控制系统
二甲苯装置吸附塔系统由于工艺复杂，对操作要求非常苛刻，设备选型困难，对吸附塔循环泵采用变频控制则对设备选型及工艺操作都极为有利。
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但采用单台循环泵变频运行，在变频器出现故障时切换到备泵的时间不能满足装置连续运行的要求，通过电气、仪表、工艺专业多次论证，确定采用由电气专业在此情况下进行变频—工频自动切换，切换时间小于200ms。
此方案不但在节能方面效果明显，而且降低了循环泵的转速和泵出口压力，根本上解决泵送调节阀前后压差大的问题，进一步改善循环管线振动问题，同时减轻介质的气蚀、保证装置连续稳定运行。
五、二拖一双变频控制系统在沸腾床中的应用
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发展加氢兴装置对渣油深加工，增加轻质油收率，提高原油利用率，是炼化企业向资源节约型、环境友好型的新型工业发展需求。渣油沸腾床能高效稳定运行，与二拖一双变频控制系统密不可分。设计应用双套变频器加PLC控制系统，控制单台电动机运行，同时密封油及冷却水系统保证沸腾泵电机温升及绝缘，双变频系统实现变频实时在线切换、变频故障在线切换、变频在线检测、变频精准调速、变频控制优化控制工艺参数，保障装置操作灵活稳定运行，有效提高渣油转化率，提高系统运转周期。
系统中强电电源采用双回路供电的模式，两台变频器电源来自区域变不同的10KV母线段，经由10/0.6KV变压器向各自变频器供电。双变频供电系统具有供电可靠性高，切换检修方便的特点。
由于渣油加氢沸腾床反应机理的不同，日常催化剂添加、卸出时沸腾泵的转速需要频繁调整以匹配反应器床层料位及温度的需要。若采用工频驱动，只能通过操作人员调整机泵出口阀门开度来实现，通过沸腾泵变频器的使用，所有的工作都可通过变频调节来实现，不仅极大减小了操作人员的工作量，降低了阀门应频繁操作而造成的泄漏隐患；同时使得调整时的波动大为降低，对系统正常稳定操作提供了强有力的保障。
六、变频驱动工艺主、备风机同时在线运行
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风机属于平方递减转矩负载，其风量与转速成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，轴功率还与风量、风压的乘积成正比。如采用变频调节转速来调节风量，风机转速下降的同时，由于风门挡板全开，风压也会随之下降，这样轴功率就会随之大幅度下降，风机运行在额定转速的40%~100%时，效率能够保持在较高范围内，因此风机类负载采用变频控制节能效果明显。
常规设计，工艺风机一般一主一备运行，若采用变频驱动风机单台运行，另一台做为备用，当主风机系统出现故障时，因为风机属重载起动设备，起动转矩大，起动时间长，如使用变频驱动，则起动时间更长，此时就会对工艺生产造成较大影响，经工艺专业与电气专业讨论后，决定采用变频驱动工艺主、备风机同时在线运行，通过DCS控制两台风机负荷平均分配，当一台风机出现故障时，由DCS控制关闭故障风机系统阀门，提高另一台风机的转数，这样对工艺生产的影响降到最低。由于此方案进一步降低了风机的转数，不但节能降耗方面进一步加强，而且减少了风机、电动机等设备故障率。预期的效果在实际工艺生产和设备维护过程中都得到了明确的验证。
七、一拖三大功率电动机变频软起系统应用
恒力炼化最大的两台电驱设备：C3/IC4脱氢装置2台再生空气压缩机，电动机功率达到22500kW，此功率达到了当时异步电动机的制造极限，而且考虑大功率异步电动机的无功功率太高，经讨论后决定采用变频软起的同步电动机驱动。
聚丙烯装置挤压造粒系统主电机为1台13000KW异步电动机，按常规设计此电机采用66kV单独变压器供电，由于采用直接起动，要求变压器的容量足够大，由此产生的66kV电缆及敷设、变压器的起动容量、变压器的保护系统、66kV GIS的馈出间隔等费用相当高昂，经过电气专业精心斟酌，利用脱氢装置的同步电动机起动变频器起动这台异步电动机，此方案不但节省大量的资金，而且大幅减少对设备的冲击。
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此方案具体情况如下图：采用一台9000KVA高压变频器分别起动3台电动机，M1、M2、M3分别对应独自的变频软启进线柜（KG1/KG2/KG3），变频软启出线柜（V1/V2/V3），以及工频柜（L1/L2/L3）；在起动时通过选中对应的电机而后分合相应的开关来实现电机的起动。
变频软起动过程中起动电流不超过电动机的额定电流，对电网无冲击，实现平滑的切换，对设备无冲击，延长设备的寿命。能根据设备要求对起动时间进行调整，满足设备的起动要求，对挤压机平稳操作有明显改善。可以实现连续起动，不受起动次数的现实，可以时刻满足工艺设备的起动要求。
通过对恒力炼化项目变频器应用的总结我们看到，由于变频器的大量应用，每年可以为恒力炼化项目节约电能超过2亿度，同时我们应该改变传统对变频器的看法，变频器不只是节能的利器，在工业企业生产中的应用可以更加广泛，节能固然重要，但随之而来的优势更应提起我们的注意，减少设备磨损、减轻介质冲击、优化工艺调控、优化设备应用等多方面都是我们探索的新课题，根据不同设备、系统的特点，配置不同功能的变频器，将使工艺生产更加节能、运行更加平稳、调控更加精准、产品质量更加优良，希望经过我们的不懈努力，使变频技术的应用更加广泛，成为驱动企业发展的新动力。
参考文献：
[1]《西门子变频器使用说明书》。
[2]《TMEIC高压变频器使用说明书》。
[3]《变频器应用技术及应用》。