利德华福10MW级高压变频器在合成氨装置主机系统中的应用分析(2)

压缩机系统采用变频驱动后，压缩机组可实现软起动、软停车功能，并且能够承受系统喘振时产生的电气瞬时过载冲击负荷，而不会保护误动。采用变频启动时的电流加速曲线如图一所示。另外，变频器可以按照合成氨装置生产所需的压缩机升速曲线实现，调节压缩机转速；其启动过程的加速特性如图二所示。

三台压缩机组的装机功率40.5MW，电网累计容量需求5.0625MVA。电气配电系统中11MW、11.5MW 采用II段母线供电，18MW及备用变频器(18MW)采用III段母线供电。每段母线网侧变压器容量均为6.3MVA可同时为两段母线负载供电；确保单段电源丢失时，单段母线保证生产连续。

方案采用全容量高压变频备用的一拖一变频切换系统方案，其原理如图三所示。其中，QF表示高压开关、TF表示变频器、ML表示母联开关、GN表示隔离开关柜、M表示电动机。QFx2和QFx3之间存在电气与逻辑双重互锁关系，防止变频器输出侧发生短路等严重事故(x，表示设备编号)。

图三、高压电气配电与变频驱动一次动力系统图

厂变由两路110kV电网接入10kV高压301变电站，提供II、III两段母线变压器供电。当单段电网供电或变压器故障时，厂区可通过ML-GN依赖另外一段电源供电变压器承担生产100%用电负荷；而无需停产。

三台压缩机的电动机驱动系统，由301变电站II、III段母线分别引至313变电所。其中，备用变频器下挂于III段母线，QF41提供10kV驱动电源。备用变频器可在三台电动机任意一台工作变频电气系统故障时，驱动压缩机调速运行。

正常情况下，每台压缩机均有一台主变频器TF通过QF2连接至电动机，实现压缩机的电气驱动。系统并可根据合成氨装置的生产需求调节压缩机转速改变气量，达到满足生产的目的。

以合成气压缩机为例：压缩机主变频驱动时，首先检查备用变频器输出侧QF13与电动机处于断开状态，然后闭合工作变频器TF1输出侧开关QF12与电动机M1连接。送电启动步序：①QF13处于分断状态；②操作QF12合闸；③变频器允许高压合闸；④操作QF15合闸；⑤启动条件满足、变频器待机正常；⑥启动变频器TF1运行；⑦合成气压缩机电动机启动完毕。

当合成气压缩机主电气系统故障或需要检修时，压缩机可利用备用变频TF4提供不间断变频驱动运行。备用变频启动步序：①操作QF12分闸状态；②操作QF13的合闸，备用变频器TF4自动选择适配电动机启动保护参数组；③操作确认电动机对应的工位有效，TF4具备高压合闸允许条件，允许QF45合闸；④操作QF45合闸；⑤压缩机具备变频器启动运行条件、变频器待机正常；⑥启动备用变频器驱动压缩机组运行；⑦电动机M1变频运行恢复完毕。

备用变频器TF4自动确认电动机匹配，选择与之对应的控制功能和对应的压缩机控制工艺参数；满足备用变频器可替代合成气、氨气、二氧化碳压缩机用变频器的需求。

五、配套应用技术

在采用电气驱动系统替代"锅炉+汽轮机"的驱动方案后，系统采用变频协调控制技术解决电气系统中变频器与高压开关、压缩机组、生产工艺之间的协调控制关系，以及主变频器与备用变频器之间的切换替代等协调问题。

另外，高压变频器在运行中将产生3%的效率损失，并以热量形式散失在环境中。需要配套高压变频空-水冷却系统解决变频器的环境散热问题。通过系统化集成解决方案的应用，实现压缩机电气驱动的工艺控制、变频驱动控制、环境控制等。

六、结束语

通过对40万吨合成氨装置压缩机驱动系统的分析和实践证明，以高压变频为核心的电气驱动系统完全能够满足化工生产中对压缩机转速、气量调节的需求；并且在项目投资运营方面获得可观的经济收益。该项目的实施，为化工行业超大功率压缩机组解决能源与经济、环保、高效生产等综合问题，提供了新思路、新方法；值得在化工生产领域的能源利用、节能降耗和环保生产建设和改造项目中积极推广。