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   1引言

   煙臺臺海瑪努爾核電設備有限公司（THM）是煙臺市臺海集團有限公司于2006年12月15日創(chuàng)建的專業(yè)致力于“百萬千瓦級壓水堆核電站”回路主管道生產(chǎn)的企業(yè)。同時也是全國唯一一家同時具備二代和三代核電主管道生產(chǎn)能力的制造企業(yè)。
  
                        
                          圖 1 臺?，斉瑺柡穗娫O備有限公司廠區(qū)

   該公司在原有的6000噸水壓機的 基礎之上于2012年8月再次購進萬噸級水壓機。
 
                       
                             圖 2 萬噸水壓機

   整個萬噸級水壓機系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng)（DCS）。通過計算機和本地控制，既大大的提高了系統(tǒng)的自動化程度，滿足了生產(chǎn)要求，節(jié)約了能源，同時又提高了萬噸水壓機系統(tǒng)的可靠性和運行的靈活性，降低了運行維護成本，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益。

   2 萬噸水壓機的工作原理

   萬噸水壓機的工作水來源于相互接通的低壓容器和水箱。低壓水經(jīng)過高壓水泵加壓后進入高壓水罐。通過三通閥門之間的切換，高壓水可進入主缸柱塞向下壓鍛件或進入升降缸向上推動主缸活塞，以此來實現(xiàn)對鋼件的鍛打成型過程。

   3 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)方案

   為了提高整個個水壓機系統(tǒng)的安全運行系數(shù)，保證系統(tǒng)的不間斷運行,整個系統(tǒng)由八臺高壓水泵提供水壓,編號為:1#～8#。1#～8#三級柱塞式往復泵既互為備用，同時也具有獨立性（方便于分別進行檢修）。交流變頻器調(diào)速系統(tǒng)采用一拖一（不帶工頻旁路方案），通過高壓水罐內(nèi)的壓力變送器反饋，由后臺DCS系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制。
     
                       
                              圖 3 往復式高壓水泵 

                       
                            圖 4 SBH系列高壓變頻器

   整個系統(tǒng)由一臺總進線開關柜送電，八臺出線開關柜分別控制1#～8#變頻器的投切。這個供電方案即方便了整個系統(tǒng)的整體控制，又實現(xiàn)了在任何一臺變頻器或電機水泵發(fā)生故障時的單獨切除檢修。整個系統(tǒng)一次方案圖如下:
 
                     
                             圖 5 變頻調(diào)速系統(tǒng)（一拖一不帶工頻旁路）方案

   根據(jù)萬噸水壓機所鍛造的鋼件的大小和密度等的不同，可將八臺往復泵分別置于“打壓”、“打循環(huán)”、熱備和冷備狀態(tài)。

   “打壓”狀態(tài)：

   電動機運行在50HZ，通過閥門的切換，往復泵不斷的往高壓水罐注入高壓水的過程。

  “打循環(huán)”狀態(tài)：

   電動機運行在25HZ，通過閥門的切換，往復泵中的高壓水不斷在主管道中循環(huán)的過程（此過程不對外做功，只是為了方便往復泵的自動、快速的投入“打壓”狀態(tài)）。

  熱備狀態(tài)：

   變頻器處于上電待機狀態(tài)，但并未運行，可方便運行中的變頻器發(fā)生故障時的快速啟動（由于此時變頻器中的移相變壓器處于空載狀態(tài)，無功損耗較大，功率因數(shù)較低，需注意整個電力系統(tǒng)的無功補償）。

   冷備狀態(tài)：

   變頻器處于未上電狀態(tài)，可根據(jù)需要隨時的投入運行。

   4 自動化控制方案

   煙臺臺?，斉瑺柡穗娫O備有限公司（THM）三期鍛造分廠新購進的萬噸級水壓機高壓水罐分有12級水位（水壓）自動檢測系統(tǒng)，由八臺710KW/10KV的高壓電機分別拖動1#～8#三級柱塞式往復泵往水壓機高壓水罐內(nèi)供高壓水。

   當高壓水罐水位低于9級水位時，按水泵序號將水泵由“打循環(huán)”狀態(tài)提升為“打壓”狀態(tài)；當高壓水罐水位高于9級水位時，按水泵序號將水泵由“打壓”狀態(tài)降為“打循環(huán)”狀態(tài)。整個運行過程由DCS控制，實現(xiàn)完全自動化的過程。

   經(jīng)過市場比對和產(chǎn)品穩(wěn)定性觀察，采用森蘭SBH系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)來做為該萬噸級水壓機高壓水泵的調(diào)速裝置。

   森蘭SBH系列高壓變頻器提供多段速選擇功能：
設置參數(shù) F4-16：多段速選擇方式為直接選擇；
F4-00：X1數(shù)字輸入端子功能為多段速選擇1；
F4-01：X2數(shù)字輸入端子功能為多段速選擇2；
F4-17：多段頻率1為30Hz；
F4-18：多段頻率2為50Hz；

   多段速頻率1和多段速頻率2分別對應于往復泵的兩種工作狀態(tài)：“打循環(huán)”狀態(tài)、“打壓”狀態(tài)。

   DCS控制后臺與變頻器通過硬接線通訊，當DCS給變頻器X1、X2端子命令為1、0時，變頻器運行于多段速1（30Hz）;當DCS給變頻器X1、X2端子命令為0、1時，變頻器運行于多段速2（50Hz）。

   DCS控制后臺可根據(jù)高壓水罐水位的狀態(tài)變化，控制1#～8#變頻器的工作狀態(tài)，以維持高壓水罐的水位（9級水位）。

   5 森蘭SBH系列變頻器特性

   5.1 高—高變頻調(diào)速系統(tǒng)

   森蘭SBH系列高壓變頻器產(chǎn)用“單元串聯(lián)多電平”結構，直接10KV輸入，輸出側0～10KV可調(diào)節(jié)，無需加裝升壓、降壓變壓器可直接拖動電機運行。變頻器內(nèi)部每相單元串聯(lián)級數(shù)8級。

   5.2 單元旁路功能

   森蘭SBH系列高壓變頻器提供單元旁路功能。在任意單元出現(xiàn)故障后，變頻器自動將該單元及同層單元旁路（切除），實現(xiàn)不間斷工作，提高變頻器的安全運行系數(shù)。

   5.3 轉速跟蹤功能（帶速重啟功能）

   森蘭SBH系列高壓變頻器從用戶本身出發(fā)，對負載的拖動電機配備有電機轉速跟蹤起動功能。在電機未停止轉動的狀態(tài)下，自我的檢測電機的轉速，同時輸出與之相應的頻率與電壓，加快電機起動過程，減輕電機與負載的機械沖擊，并且可完全避免帶速起動過程中的沖擊電流。

   5.4 自適應性和完善的保護功能

   森蘭SBH系列高壓變頻器對我國的電網(wǎng)適應性強，電網(wǎng)電壓波動在-35%～+10%范圍內(nèi)不停機，掉電30S內(nèi)上電自動重啟。同時該高壓變頻器為電動機和設備本身提供了完善的保護功能，包括過流、過壓、過載、過熱、缺相、欠壓、負荷過重等。

   5.5 無功損耗低，輸入、輸出功率因素高，諧波含量低

   森蘭SBH系列高壓變頻器為電壓源型高—高變頻器，其內(nèi)部大量的濾波電容為電機提供無功功率，其接入網(wǎng)側功率因素大于0.96（>20%負載）。該高壓變頻器的工作效率高達97.0%。

   由于森蘭SBH系列高壓變頻器輸入側采用的是移相整流技術，輸入諧波小于3%，滿足國家標準要求。而在變頻器輸出側采用的是多重PWM波形疊加方式，輸出電流諧波同樣小于3%，運行過程中不會對電機絕緣性產(chǎn)生任何影響。

  5.6 I/O擴展功能，控制系統(tǒng)自動化程度高

   森蘭SBH系列高壓變頻器I/O板接口已經(jīng)實現(xiàn)全參數(shù)化，方便外部的擴展，易于改變控制邏輯關系，適應多變的現(xiàn)場需要。該變頻器內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，可開環(huán)運行，也可實現(xiàn)閉環(huán)控制。同時可接受和輸出包括4～24mA、2～10V等多種信號。

   5.7 模塊化設置，方便安裝與維護

   森蘭SBH系列高壓變頻器實現(xiàn)單元的模塊化，方便更換與維修。全中文的人機界面，更人性化的設計適應于不同層次水平的人員操作。

   6變頻器設備節(jié)能預算

   6.1 直接效益

   煙臺臺?，斉瑺柡穗娫O備有限公司的萬噸級水壓機于2012年10月14日投產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中，根據(jù)鍛造鑄件的大小,及成型的要求,以高壓水罐水位不低于9級為標準,自動控制分配和調(diào)整往復泵的工作狀態(tài)。

   正常工作狀態(tài)下有4臺往復泵會處于“打壓”狀態(tài)，而剩下的4臺往復泵處于“打循環(huán)狀態(tài)。”

   根據(jù)與以往未使用變頻調(diào)速系統(tǒng)的水壓機比較表格如下：
   
        
                       表 1 未使用變頻調(diào)速系統(tǒng)與使用變頻調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)比較表

   根據(jù)上述表格可以看出水壓機安裝變頻器節(jié)能效益主要來自于“打循環(huán)”狀態(tài)。其中有4臺往復式水泵處于“打循環(huán)”狀態(tài)。

   根據(jù)改造前和改造后水泵軸功率比較，單臺處于“打循環(huán)”狀態(tài)的水泵每年節(jié)電（計算每天工作時間8小時，每年工作300天）：

   （工頻能耗-變頻能耗）×工作時間
=[10×√3×22.5×0.8-6×14×√3×0.95]×8×300≈41.6萬kW.h
煙臺市電費價格以0.5元/kWh計算，單臺每年節(jié)約電費：41.6×0.5=20.8萬元
4臺處于“打循環(huán)”狀態(tài)下的往復泵每年可節(jié)約電費：20.8×4=83.2萬元
每年易損器件、維護費用等預計投資按1.5%計算：360×1.5=5.4萬元

   6.2 間接效益

   6.2.1 監(jiān)控方便

   使用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，由于森蘭SBH系列變頻器自帶電動機保護功能和運行狀態(tài)監(jiān)視，不需要再增加額外的電動機保護設備，減少設備投入。同時森蘭SBH系列變頻器產(chǎn)用全中文人機界面，顯示參數(shù)可選擇性，能同時顯示輸入電壓、輸出電壓、輸入電流、輸出電流、運行頻率及電機轉速（理論值）。

   6.2.2 電機軟啟動

   使用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，所有八臺往復泵機組都能實現(xiàn)軟啟動方式，電機啟動電流遠小于額定電流，啟動時間相應的延長，對電網(wǎng)無較大沖擊，從而有效的減輕起動時的機械轉矩對電機的機械損傷，更好的保護電機與水泵，延長這些設備的使用壽命。

   6.2.3 機組運行噪音和震動減小

   使用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，當往復泵處于“打循環(huán)”狀態(tài)時，由于運行頻率的降低，震動及噪音同時減小，延長了設備的使用壽命。

  7 結束語

   煙臺臺?，斉瑺柡穗娫O備有限公司（THM）萬噸級水壓機項目采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)以后，既實現(xiàn)了電機的軟啟動，延長了機械設備的壽命，又節(jié)約了能源,完成了整個鍛造過程的自動化控制。同時，通過變頻器監(jiān)控整個拖動電機組的工作狀態(tài)，適時的對拖動電機提供保護，大大的增加了系統(tǒng)的安全運行系數(shù)，也方便了人為的對整個系統(tǒng)的觀察與控制。

  參考文獻(略)