1.項目背景
海南裂化1#共有兩臺風機，分別為400kw（引）/314kw（鼓） -6kv。這些風機的驅動電機是按最大額定負荷設計的，而風機一年中能在最大額定負荷段狀態(tài)下運行的時間卻很少，其中，1 #單元兩臺風機，全年時間運行都在60%的負荷段上。
由于受設計和制造技術條件的影響，電廠主要用電設備如：鼓風機、引風機、給水泵等高能耗設備，其輸出功率不能隨機組負荷變化而變化，為了滿足負載對變化風量的要求，我們傳統(tǒng)工藝一直采用調整風道檔板開度的辦法，這種辦法能夠改變和調整風量，卻無法調整驅動電機的轉速和按比例節(jié)能，造成了工業(yè)生產(chǎn)中能源的大量浪費和生產(chǎn)成本的上升。造成很大部分能量消耗在節(jié)流損失中。因此對現(xiàn)有設備進行技術改造，無疑將促進裂化行業(yè)的技術進步，降低成本，提高我國石油企業(yè)的綜合競爭能力。
2.現(xiàn)場條件概述及改造要求
2.1 現(xiàn)場條件概述
4#現(xiàn)有的引鼓風機電機參數(shù)如下：
風機名稱 電機型號 額定電壓 額定電流 額定功率 功率因數(shù) 額定轉數(shù)
引風機 YB450M2-6W 6kV 48.7A 400kW 0.85 990 r/m
鼓風機 YB450S3-6W 6kV 38.3A 315kW 0.85 990 r/m
為了降低生產(chǎn)成本，降低能耗，適應我國關于能源節(jié)約與資源綜合利用“十五”規(guī)劃的要求，采用低消耗、低排放、高效率的持續(xù)發(fā)展理念的經(jīng)濟增長模式，應用變頻節(jié)能技術來改造傳統(tǒng)工藝的技術缺憾。我單元申請把挖潛節(jié)能降耗的工作提到議事日程中，從技術改造著手，尋求節(jié)能降耗的途徑和辦法。
針對以上能源浪費的現(xiàn)象，采用高壓變頻調速技術隊裂化場中要用電設備的驅動電源進行技術改造，是我單元節(jié)能降耗提高競價上網(wǎng)競爭能力的有效途徑。
2.2改造要求
1. 工藝要求：各根據(jù)負載需求，實現(xiàn)0～50Hz的無級連續(xù)調速。
2. 控制方式要求：遠程控制和就地手動控制。
3. 先進性要求：系統(tǒng)設計應能滿足未來數(shù)字化油田所需的各種數(shù)據(jù)傳輸和在線監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理等功能；
4. 可靠性要求：在系統(tǒng)本身高可靠性的前提下應增加變頻器旁路自動切換，手動自動切換；
5. 適應能力要求：系統(tǒng)設計應能滿足未來3-5年內由于石油產(chǎn)量變化所引起的風量波動，即系統(tǒng)對風量的調整裕度要足夠大。
6. 節(jié)能要求：要求改造總投資回收期不得超過三年。
7. 安全要求：系統(tǒng)各種電氣保護功能齊全，滿足現(xiàn)場防腐及其他要求；
8. 環(huán)保要求：滿足國內國外對電網(wǎng)諧波污染的通用標準。
3.實施的改造方案
3.1 變頻器的選型方案
由于高壓變頻改造所實施的具體方案與變頻器的選型有直接的關系,所以我公司首先進行了變頻器的選型考察，經(jīng)過仔細認真地比較，最后意大利圣諾產(chǎn)品——高壓變頻器以其優(yōu)良的質量，齊全的技術性能和周到的售后服務，贏得了我方的認可。
3.2 主回路方案
根據(jù)我公司風機負荷的重要性，我們決定采用的變頻控制為一拖一方案，就是一臺變頻器帶一臺風機電機。為了增加運行的可靠性和安全性，又增設了工頻旁路回路。具體的設計方案如圖1所示：
圖1：一次主回路接線圖
圖2：高壓變頻調速系統(tǒng)結構圖
QF為用戶的真空斷路器，QS1、QS2、QS3為3臺高壓隔離刀閘。在QS1和QS2之間是高壓變頻器，QS3為旁路刀閘。當電機需變頻運行時，應首先將QS3拉開，然后合QS1和QS2刀閘，最后再合真空斷路器QF使變頻器得電并啟動變頻器以驅動電機。當電機需工頻運行時，應將QS1和QS2刀閘拉開，將QS3旁路刀閘合入，最后合真空斷路器QF以直接驅動電機工頻運行。此運行方式為變頻器故障或檢修等特殊情況下用工頻來保證設備運行的備用工作方式。
上述方案為手動旁路的典型方案，要求QS2和QS3不能同時閉合，并在機械上實現(xiàn)安全互鎖。
為了實現(xiàn)對故障變頻器的保護，變頻器故障狀態(tài)下發(fā)出跳閘指令，對現(xiàn)場的高壓真空斷路器QF進行連鎖跳閘，以使變頻器斷開電源。同時三把刀閘都與斷路器QF電氣互鎖，只有在斷路器分離時才能操作刀閘，保證了安全操作。
3.3 控制方案
變頻器采用三種控制方案，分別是遠程DCS閉環(huán)自動控制、遠程DCS開環(huán)手動控制和就地手動控制。
3.4 冷卻方案
變頻器的工作過程是將交流電整流成直流電，再將直流逆變成交流的過程。在這一過程中，電子功率器件自身要發(fā)出一定的熱量（2%），這些熱量會使設備的溫度不斷上升，并燒損設備本身。為了使變頻器正常穩(wěn)定工作，就必須將變頻器發(fā)出的熱量及時排散掉。因此變頻器冷卻問題對變頻器運行的穩(wěn)定十分重要。經(jīng)過認真的研究，我們采用了最簡單、最有效、最穩(wěn)定的冷卻方案——自然風冷方案。就是在變頻器頂部安裝一個總風道，用這個風道將變頻器自身頂部的冷卻風機從室內吸入的自然空氣所帶的變頻器內部熱量不斷地排放到室外。這種方案只做一個風道，不增加任何轉動設備，因此簡單可靠，故障因素少。經(jīng)過在40℃室溫條件下做滿載散熱能力試驗，結果變頻器的溫度最高到68℃，與設計的最高溫升140度相比，結果是非常理想的。
4.技術可行性論證
4.1變頻器節(jié)能原理
風機節(jié)電原理
空氣流量∝風機速度
空氣流量與風機速度成正比例
電動機轉速的表達方式：
N=n0（1-s）=60f（1-s）/p
可見，如果要調節(jié)電機轉速，可從下面三個參數(shù)入手：
1、改變定子繞組的極對數(shù)p
2、改變供電電源的頻率f
3、改變電動機的轉差率s
電機的極對數(shù)p和轉差率s一旦確定，就不能連續(xù)調整，由此可見，電動機的轉速可以通過調節(jié)電源頻率來達到。
變頻器器調節(jié)電源頻率—調節(jié)電機轉速—調節(jié)流量
4．2其他要求及技術風險分析
1）控制方式：可以實現(xiàn)遠程控制/操作臺控制；
2）先進性 ：系統(tǒng)完全能滿足未來各種數(shù)據(jù)傳輸和在線監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理等功能；
3）可靠性：在系統(tǒng)本身高可靠性的前提下增設變頻器旁路自動切換，手動自動切換裝置，按“一拖一”方案運行。
4）適應能力：系統(tǒng)設計能滿足未來3-5年內由于石油產(chǎn)量變化所引起的風量波動；
5）安全要求：系統(tǒng)各種電氣保護功能齊全，同時滿足現(xiàn)場防腐及其他要求；
6）環(huán)保要求：滿足國內國外對電網(wǎng)諧波污染的通用標準。
5.經(jīng)濟可行性論證
5．1節(jié)能及投入產(chǎn)出效益計算：
1#單元-400kW+315kW，6Kv
機械種類：風機
工礦運行環(huán)境參數(shù)：
全年運行時間：24小時＊365天，負載情況如下：
風機的運行模式： 風量60%：年運行時間的100%
工礦現(xiàn)場電費：0.5元/度
6.改造效果預測及結論
6.1 改造后的工藝效果
4單元鼓、引風機高壓變頻進行改造后，將原風道中用開度大小來調整風道風量的檔板開到了100%。這樣大大減小了風的阻力損耗。另外完全改變了風在管道中的振動頻率，由于風機的驅動電機在變頻狀態(tài)下工作，工作頻率在不斷的變化中，使風道的固有共振頻率很難與工作頻率一致，從而避免了共振現(xiàn)象的產(chǎn)生，解決了風道在工頻狀態(tài)下振動大的問題。這樣風道時常被振開裂的難題被自然解決了。
6.2 改造后對電網(wǎng)的沖擊效果
當電機通過工頻直接啟動時，它將會產(chǎn)生7-8倍的電機額定電流。這個電流值將大大增加電機繞組的電應力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機的壽命。而采用變頻后，電機實現(xiàn)了軟啟動，可以在零速零電壓啟動（當然可以適當加轉矩提升），直到達到工作電流為止。一旦頻率和電壓的關系建立，變頻器就可以按照V/f或矢量控制方式帶動負載進行工作，對電網(wǎng)幾乎沒有沖擊。
6.3 改造后的維護強度效果
采用變頻調速后，驅動電動機基本工作在10Hz到50Hz的頻率范圍內，與工頻50Hz相比，降低了風機的轉速。另外啟動時的緩慢升速過程也使整套風機機械設備的零部件、密封和軸承等的使用壽命大大延長。不用檔板調風，調風檔板的使用壽命大大延長，使檢修維護工作量減少，更降低了檢修工作強度和費用。
