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【摘 要】本文结合加压站生产的实际情况，介绍了LS高压变频器在加压站的应用，使我厂取得了显著的经济效益。
【关键词】加压站；LS高压变频器；经济效益
The Application of High Voletage Inverter in the Coke Oven Gas Adding Pressure Station
Huang Ze-lin,Zhu Sheng-chao,Li Zhan-bin
(Handan Iron & Steel Group Handan company equipment Ministry of Energy 河北 邯郸 056015)
【Abstract】The paper introduce LS high voltage inverter appied in coke oven gas adding pressure station，make our plant obtained prominent economic benefit.
【Key words】Gas adding pressure station;LS high voltage inverter;Economic benefit
1. 引言
邯钢西区能源中心焦炉煤气加压站设计有四台焦炉煤气加压机，四台加压机都采用变频器调速，要求加压机既能在工作转速下运行，又能降速在低速下运行，以达到节能的目的。正常情况下，运行方式是3用1备。系统参数如表1所述。
表1 系统参数
2. LSMV高压变频装置的原理
2.1 设备选型。
由于变频调速在节能、调速 精度、调速范围等方面具有同其它调速装置无法比拟的优越性，并且可以方便实现同自动化控制系统的通讯。经过考察和研究，决定使用韩国LSMV变频装置分别带1#、2#、3#、4#机运行。加压机配套电机355KW/10KV，为了保证设备的稳定运行，选择了比电机容量大一个等级的变频器。
2.2 LSMV高压变频装置的工作原理。
LSMV高压变频装置主要由主回路、功率单元和控制系统组成。
2.2.1 主回路。
LSMV高压变频器采用交——直——交直接高压（高——高）方式，主电路开关元件为IGBT。由于IGBT耐压所限，无法直接逆变出10KV，且因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。LSMV变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。三相输出为Y接，得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。
变压器电气柜包含一个移相变压器和输入输出检测器。移相变压器为每个单元提供独立的移相电源。I/O检测器监测输入和输出电流与电压，并将数据送至主控制器。隔离变压器为三相干式整流变压器，风冷，有使用寿命长、免维护等优点。变压器原边输入可为任意电压，Y接；副边绕组数量10KV系列为27个，为每个功率单元提供三相电源输入。由于为功率单元提供电源的变压器副边绕组有一定的相位差，从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流。每相九个单元串联，几乎接近完美的正弦波。
2.2.2 功率单元。
（1）功率单元原理见图1，输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。
图1 功率单元主电路图
（2）单元控制器从SMPS接收5V，+15V，-15V和24V电源。由于内置DSP，单元控制器能自行执行控制和保护功能，同时也执行PWM，单元保护，以及与主控制器电压信号进行通讯，另外执行输出电压控制算法和单元功率因素控制以保证单元功率因素在同一水平。MC提供单元旁路功能以隔离故障单元。功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制Q1——Q4IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态，当Q1和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为1；当Q2和Q3导通时，L1和L2的输出电压状态为-1；当Q1和Q2或者Q3和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为0。
（3）功率单元具有旁路功能。当某个单元发生熔断器故障、过热和IGBT故障而不能继续工作时，该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路，此时Q1——Q4封锁输出，可控硅K导通，以保证变频器连续工作，并发出旁路告警，单元旁路时，变频器因运行单元数量减少，额定输出电压能力将降低，变频器将自动降负荷运行。
（4）单元电气柜每相有9个单元。输出相电压是单元串联电压之和。每个单元接受3相电源并输出单相电源，所有的单元具有相同的电气和机械特性，相互间可互换，每个单元有一块控制板并与主控制器通过光纤采用独立的通讯结构，安装的风扇用于冷却单元和变压器。
表2
表3 变频器参数设置
2.2.3 控制系统。
（1）控制系统由控制器（包括二块光纤板，一块电压传感器、一块电流传感器、模拟量输入板、模拟量输出板、数字量I/O板和一块主控板），PLC和电源模块组成。
（2）主板执行系统控制和保护，处理检测值送至主系统并根据用户指令控制电机。电压传感器板检测输入和输出电压用于主控制器的电压控制，输入/输出电压同时也用于系统保护。电流传感器板检测输入和输出电流用于主控制器的电流控制，输入/输出电流同时也用于系统保护。模拟量输入板接收电压或电流信号作为频率指令。数字I/O板有15个端子作为多功能输入，其功能可根据应用设置，8个输出端子也可配置为特殊功能。光纤通讯板分别将单元信息和指令在单元和主控制器间通讯。工控机为用户提供友好的全中文监控和操作界面，负责数据采集、信息处理和与外部的通讯联系；PLC用变频器内部开关信号以及现场操作信号和状态信号的逻辑处理，增强了变频器现场应用的灵活性。
（3）变频控制分开环和闭环控制（恒压供气）两种，加压站的运行方式为闭环运行，可以选择上位控制和本地控制。上位控制是变频器与上位机通过RS485电缆连接，采用MODBUS通讯，实时监视变频器的状态。通过上位机可以修改变频器的某些参数，还可以通过上位机对变频器进行加、减操作。本地控制是用户可以直接利用工控机的软件界面对变频器进行操作。
3. 控制原理
如图2所示：变频器有就地和远程两种控制方式。就地控制方式在变频控制板进行命令和频率给定设置；远程模式由DCS进行命令和频率给定设置。
图2 控制原理图
4. 参数设置
变频器根据不同的应用分成了5个参数组，具体如表2所示。
变频器参数设置（见表3）。
5. 结束语
变频装置调试时在电源频率20赫兹附近电机振动大，进行了跳频设置。正常生产后，变频器经常工作在38——45赫兹之间，高压变频装置其节能效果明显，采用变频调速后，实现了电机的软启动，延长了电机的寿命，减少了对管路的冲击，创造了可观的经济效益.
参考文献
［1］ LSMV系列高压变频器用户手册.
［文章编号］1619-2737（2012）07-26-717
［作者简介］ 黄泽琳(1971-)，女，学历：大学本科，职称：工程师，工作单位：邯宝设备动力部，技术员。
朱升超（1986-)，男，学历：大学本科，职称：助理工程师，工作单位：邯宝能源中心，电气车间技术员。
李占滨(1973-)，男，学历：大学本科，职称：工程师，工作单位：邯宝能源电中心，气车间技术员。
【关键词】加压站；LS高压变频器；经济效益
The Application of High Voletage Inverter in the Coke Oven Gas Adding Pressure Station
Huang Ze-lin,Zhu Sheng-chao,Li Zhan-bin
(Handan Iron & Steel Group Handan company equipment Ministry of Energy 河北 邯郸 056015)
【Abstract】The paper introduce LS high voltage inverter appied in coke oven gas adding pressure station，make our plant obtained prominent economic benefit.
【Key words】Gas adding pressure station;LS high voltage inverter;Economic benefit
1. 引言
邯钢西区能源中心焦炉煤气加压站设计有四台焦炉煤气加压机，四台加压机都采用变频器调速，要求加压机既能在工作转速下运行，又能降速在低速下运行，以达到节能的目的。正常情况下，运行方式是3用1备。系统参数如表1所述。
表1 系统参数
2. LSMV高压变频装置的原理
2.1 设备选型。
由于变频调速在节能、调速 精度、调速范围等方面具有同其它调速装置无法比拟的优越性，并且可以方便实现同自动化控制系统的通讯。经过考察和研究，决定使用韩国LSMV变频装置分别带1#、2#、3#、4#机运行。加压机配套电机355KW/10KV，为了保证设备的稳定运行，选择了比电机容量大一个等级的变频器。
2.2 LSMV高压变频装置的工作原理。
LSMV高压变频装置主要由主回路、功率单元和控制系统组成。
2.2.1 主回路。
LSMV高压变频器采用交——直——交直接高压（高——高）方式，主电路开关元件为IGBT。由于IGBT耐压所限，无法直接逆变出10KV，且因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。LSMV变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。三相输出为Y接，得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。
变压器电气柜包含一个移相变压器和输入输出检测器。移相变压器为每个单元提供独立的移相电源。I/O检测器监测输入和输出电流与电压，并将数据送至主控制器。隔离变压器为三相干式整流变压器，风冷，有使用寿命长、免维护等优点。变压器原边输入可为任意电压，Y接；副边绕组数量10KV系列为27个，为每个功率单元提供三相电源输入。由于为功率单元提供电源的变压器副边绕组有一定的相位差，从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流。每相九个单元串联，几乎接近完美的正弦波。
2.2.2 功率单元。
（1）功率单元原理见图1，输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。
图1 功率单元主电路图
（2）单元控制器从SMPS接收5V，+15V，-15V和24V电源。由于内置DSP，单元控制器能自行执行控制和保护功能，同时也执行PWM，单元保护，以及与主控制器电压信号进行通讯，另外执行输出电压控制算法和单元功率因素控制以保证单元功率因素在同一水平。MC提供单元旁路功能以隔离故障单元。功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制Q1——Q4IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态，当Q1和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为1；当Q2和Q3导通时，L1和L2的输出电压状态为-1；当Q1和Q2或者Q3和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为0。
（3）功率单元具有旁路功能。当某个单元发生熔断器故障、过热和IGBT故障而不能继续工作时，该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路，此时Q1——Q4封锁输出，可控硅K导通，以保证变频器连续工作，并发出旁路告警，单元旁路时，变频器因运行单元数量减少，额定输出电压能力将降低，变频器将自动降负荷运行。
（4）单元电气柜每相有9个单元。输出相电压是单元串联电压之和。每个单元接受3相电源并输出单相电源，所有的单元具有相同的电气和机械特性，相互间可互换，每个单元有一块控制板并与主控制器通过光纤采用独立的通讯结构，安装的风扇用于冷却单元和变压器。
表2
表3 变频器参数设置
2.2.3 控制系统。
（1）控制系统由控制器（包括二块光纤板，一块电压传感器、一块电流传感器、模拟量输入板、模拟量输出板、数字量I/O板和一块主控板），PLC和电源模块组成。
（2）主板执行系统控制和保护，处理检测值送至主系统并根据用户指令控制电机。电压传感器板检测输入和输出电压用于主控制器的电压控制，输入/输出电压同时也用于系统保护。电流传感器板检测输入和输出电流用于主控制器的电流控制，输入/输出电流同时也用于系统保护。模拟量输入板接收电压或电流信号作为频率指令。数字I/O板有15个端子作为多功能输入，其功能可根据应用设置，8个输出端子也可配置为特殊功能。光纤通讯板分别将单元信息和指令在单元和主控制器间通讯。工控机为用户提供友好的全中文监控和操作界面，负责数据采集、信息处理和与外部的通讯联系；PLC用变频器内部开关信号以及现场操作信号和状态信号的逻辑处理，增强了变频器现场应用的灵活性。
（3）变频控制分开环和闭环控制（恒压供气）两种，加压站的运行方式为闭环运行，可以选择上位控制和本地控制。上位控制是变频器与上位机通过RS485电缆连接，采用MODBUS通讯，实时监视变频器的状态。通过上位机可以修改变频器的某些参数，还可以通过上位机对变频器进行加、减操作。本地控制是用户可以直接利用工控机的软件界面对变频器进行操作。
3. 控制原理
如图2所示：变频器有就地和远程两种控制方式。就地控制方式在变频控制板进行命令和频率给定设置；远程模式由DCS进行命令和频率给定设置。
图2 控制原理图
4. 参数设置
变频器根据不同的应用分成了5个参数组，具体如表2所示。
变频器参数设置（见表3）。
5. 结束语
变频装置调试时在电源频率20赫兹附近电机振动大，进行了跳频设置。正常生产后，变频器经常工作在38——45赫兹之间，高压变频装置其节能效果明显，采用变频调速后，实现了电机的软启动，延长了电机的寿命，减少了对管路的冲击，创造了可观的经济效益.
参考文献
［1］ LSMV系列高压变频器用户手册.
［文章编号］1619-2737（2012）07-26-717
［作者简介］ 黄泽琳(1971-)，女，学历：大学本科，职称：工程师，工作单位：邯宝设备动力部，技术员。
朱升超（1986-)，男，学历：大学本科，职称：助理工程师，工作单位：邯宝能源中心，电气车间技术员。
李占滨(1973-)，男，学历：大学本科，职称：工程师，工作单位：邯宝能源电中心，气车间技术员。