1　引言
　　为提高市场竞争能力，缩短与国内、国际先进水平的差距，石油炼制企业必须向高科技要效益，采用各种先进技术来挖掘潜力，降低成本。在当前能源供应紧张、石油及其产品供需矛盾突出的情况下，提高原油蒸馏装置的产品收率、降低能耗，这对于改善企业的经济效益，以至促进整个国民经济的发展都具有重要意义。
　　我国炼油常减压装置设计的加工能力，有较大的富裕量。因市场需求的变化，以及调节阀节流控制的需要，在设计时，机泵、电机等设备有较大的富裕量[1]。实际生产中，机泵的负载率大多只有40%～60%，动力消耗大。变频调速技术解决了上述矛盾。有优良的运行性能及节电效果，有效地减少设备的维护工作量，达到节能降耗，降低生产成本，提高企业经济效益的目的。
随着大规模集成电路出现，计算机控制技术日益成熟，变频器作为一种智能调速“元件”，已广泛应用于自动化生产线和各类电机控制上。它用途多，可靠性高，节电效果明显，经济效益显著。目前在低压(380—690v)交流电动机传动领域，变频调速技术已经获得广泛应用。在中高压领域(3kv，6kv和10kv电压等级)，由于种种原因，变频调速技术一直没有得到满意的应用。中高压电动机广泛使用于大型(1000kw以上)风机和水泵的拖动，若能利用变频调速来实现风量和流量调节，则可以节约大量的电能。同时随着大容量、高耐压功率器件的出现，人们对各种适合高压变频的主电路拓扑结构的研究进一步深入，为高压变频调速技术应用研究和推广打下了坚实的基础。

2　变频调速原理
　　交流异步电机的转速公式:

式中: f——交流电源频率;
p——磁极对数;
no——电机同步转速;
s——转差率。
　　由式(1)可知: 改变p、s、f均可调速，但改变电动机的极对数p相对困难，会使电机结构变复杂，而且不能实现无极调速。改变电机的转差率会带来较大的转差损耗，使效率降低，而且调速范围受到限制。唯有改变电源频率的方法从高速到低速都可保持高效率、宽范围和高精度的调速性能。
　　工频时，电动机的转速即为常数，即使生产装置加工处理量变化，也只能靠调节阀来调节流量变化，因而有较大一部分能量消耗在调节阀上，导致生产装置能耗较高;变频调速原理就是通过改变电动机定子电源频率f来改变转速的，从而达到调速的目的，由离心式机械运转特性可知:
流量

　　压力h与转速n的平方成正比例关系，即:
h1/h2=(n1/n2)2 (3)
　　轴功率p与转速n的立方成正比例关系，即:
p1/p2= (n1/n2)3 (4)
　　即通过调节电动机和泵的转速的方法来调节流量，泵的轴功率将以三次方的比例下降，消耗的能量会明显减小。

3　变频系统控制原理
　　离心泵[3]的实际工作状况不仅取决于离心泵本身的特性曲线，还取决于管路的特性曲线，同一系统中泵的特性曲线和管路的特性曲线的交点称为系统的工作点，如图1所示。工作点a既在泵的

图1　泵特性曲线和管路特性曲线

图2　离心泵节流和转速调节特性

　　用转速调节法实际上是改变了泵的特性曲线。转速由n1降到n2，这时泵的性能曲线变为n2(

4　变频器选型分析
　　直接高压变频系统(简称高—高)是90年代针对高—低—高变频高速系统缺陷研制成功的新一代变频调速系统。该系统从根本上解决了高—低—高变频调速系统存在的问题，是一种性能优越的调速设备。直接高压变频系统的结构示意图如图3所示 。

图3　直接高压变频系统的结构示意图

　　高—高变频调速系统普遍采用了桥式整流电路，此系统一般使用一台变压器与电网隔离，变频器输出6kv直接到电机。由于采用了桥式整流电路，在整个调速过程中功率因数很高(大于0.9)，不需要装设无功补偿装置;又因为高一高变频调速系统可采用多重化脉宽控制新技术，通过换块输出串联迭加，消除高次谐波的影响，不需要再装谐波滤波器。
　　若选用高—高变频调速系统[3]从能量转换上来看效率高于高—低—高变频调速系统，高—高变频系统在整个调速范围内效率稳定在95-98%之间，而高—低—高变频系统在整个调速范围内从85-97%之间变化。高—高变频系统可采用不使用变压器的方案，则满负荷运行时，又可节约3%左右的能量(变压器的损耗随负荷变化不大)。高—高变频调速方式采用90年代先进技术，如光纤通讯、数字控制模块化设计，电脑自动监测等，是高—低—高变频调速的替代产品，具有较高的科技含量，有极高的可靠性，是变频调速的发展方向。基于上述调研分析，在常减压装置初底泵变频改造中，选用高—高变频调速方式较为合适。

图4　robicon 变频器拓扑图

　　高—高型变频器能较好地满足上述要求，其原理是:变频器输出6kv高压是通过多个低压功率单元叠加而成，低压功率单元采用改进的pwm控制。变频器方框图如图4(为画图方便，以每相三单元变频器为例分析)所示。 由图4看出，电动机每相由3个功率单元串联进行驱动，串联时采用星形接法，中线浮空。12个功率单元的每个单元分别由隔离变压器的隔离次级线圈供电。
　　常减压装置初底泵变频器采用每相5个单元，次级变压器15个次级线圈的额定电压都为690v/ac，这样相电压3450v，线电压6000v。每个功率单元功率为总功率的十五分之一。变频器在全压输出时保证功率单元与其次级以及对地相互绝缘。功率单元是由一个中央控制器发出指令来控制，这些指令通过光缆传输保证绝缘等级达到5kv。为功率单元提供电源的变压器次级线圈在绕制时相互之间产生一定的相位差，这种绕制的目的是消除谐波电流。其原理是变压器工作时，次级产生的相位差，使同相次级产生的大多数谐波通过串联叠加，正负抵消。这样，就实现输入多重化，形成相当30脉冲的整流。输出的初级电流近似为正弦波，因而功率因数能保持较高，满载时典型为95%，对电网的污染也降为最小。

5　控制系统构成及控制策略
　　利用在线运行的高压电动机和高压开关柜，并在其间加一台高压变频调速器即可完成系统控制，如图5所示。

图5　变频调速器系统框图

　　由于装置换热流程分支多，流量平衡难度大，采用变频调速取消控制阀后易产生偏流、取热不均、调节分支流量不便等诸多不利因素，所以方案保留控制阀，其开度在85%~90%，以便起到微调流量的作用，同时考虑到电动机工频、变频互为备用及变频调速器的闭环控制，在dcs控制流程上编制一个逻辑开关，同时增加两个手动操作控制器(手操)，以保证系统控制的灵活性，如图6所示。

图6　初底泵高压变频控制改造简图

　　初馏塔底油经初底泵抽出，经过四路换热到310℃后到常压炉加热到365℃左右出来进入常压塔第四层上方。要对初底泵转速进行闭环控制，以变频器自动调节。控制时，取加热炉四路调节阀的流量

6　应用效果
(1)节电率高:节电率在45%～55%之间，投资回收率短。
(2)由于电机运行转速的下降，使电机的故障率大为减少、转动设备的润滑条件得到相应的改善;同时装置的系统压力降低，泵的密封条件大为缓解，事故率降低;而相关的工艺管线压力下降，使物料对管线、冷换设备的冲刷强度减弱，使该部分静设备的使用寿命延长，事故机率下降，生产的平稳性增加，有利于装置长周期运行。
(3)改变了传统的控制方式，实现高质量的自动控制。采用变频调速后的电动机和泵共同组合为一体，它既是动力源，又是系统工艺过程的调节执行机构，实现了生产过程自动化，提高了设备的可靠性，实现了实时在线调整;对泵进行完全闭环控制，从而取消阀控装置，将进一步完善该泵的自动闭环控制，同时可以获得更进一步的节能效果。
(4)系统可实现软启动，起动电流小，避免了对电网的冲击;同时变频器运行可靠，控制简便，精度高。

7　结束语
　　理论和实践证明:大力推广和应用中高压变频技术，对提高产量，降低能源消耗，实现高质量的自动控制以及推动和促进我国相关高技术产业的发展，有着非常重要的意义。