利德华福超大功率高压变频器在中盈化肥压缩机中的应用(2)

(3)系统方案

该系统主要包括：10kV电压等级18MW合成气压缩机1台、11MW氨气压缩机1台、11.5MW二氧化碳压缩机1台。其容量均在10MW级，属超大功率旋转负载。

高压电机选用两极异步电动机驱动，采用1:3.12增速齿轮箱与与压缩机负载连接。选用利德华福电压源型单元串联多电平结构变频器，网侧功率因数大于0.95、网侧谐波污染小于3%、适用于普通异步电动机;而无需增设无功补偿或选用同步电动机。

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。

图一、压缩机启动过程电流加速特性曲线 图二、压缩机启动加速特性曲线

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)。

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。

(4)、协调控制、调速及状态

控制逻辑系统采用变频协调控制技术(IECS协调控制系统柜)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。

变频转速控制信号为3点互为冗余，变频器根据3个频率接入信号进行3取中处理后进行变频器频率输出调节。当有其中一路频率给定指令中断或超量程后，变频器自动选择另外俩路正常的信号2取中，当变频器给定频率信号完全丢失时，变频器可设定掉线保持或最大、最小或停车等运行模式，保证在给定信号完全丢失的情况下，仍能够安全处理，最大限度的保证生产调节的连续性。

变频器除了向用户输出DO、AO等硬连线传输变频器所有状态，还预留MODBUS通讯接口，可传输变频器内部变量包括：变频器输入电压、输出电压、输入电流、输出电流、给定频率、运行频率、变压器温度、变频器报警、故障和运行状态，以满足用户多元化要求。

(变频协调控制柜)

(5)、配套应用技术

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，空-水冷系统具有进水口压力和出水口压力检测报警，进水口温度出水口温度检测报警和流量调节控制，空-水冷系统的压力、水温、流量用户在远程可实时监控和调节。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。

( 空-水冷系统)