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摘要： 国内某大型炼化项目所配套的污水处理厂，其包括盐污水处理和烟油污水处理两个系列，含有大量的输送泵、搅拌泵和风机，需要进行调速控制和节能控制。其中，约500多台套的低压传动设备使用了变频器控制，但由于该污水厂区域面积太大，加之区域内仅有一个动力变电站，这造成部分低压变频器与负载电机距离太远，开机后变频器报故障而无法启动。本文针对这一现象进行讨论研究，并提出了整改方法。
关键词： 石油化工; 低压变频器; 距离; 选型
中图分类号： TM63 文献标识码： A
Influence of long distance between frequency converter
and load motor and its solution
JIN Hong-biao
（CNOOC Huizhou Petrochemical Co.， Ltd.， Huizhou 516086， China）
Abstract： The sewage treatment plant of a large-scale refining and chemical project in China includes the two series of the salt sewage treatment and the crude oil sewage treatment. It contains a large number of transferring pumps， mixing pumps and fans， which need speed control and energy-saving control. Among them， more than 500 sets of low-voltage rotating equipment are controlled by frequency converter. However， due to the large area of the sewage treatment plant and only one power substation in the area， some low-voltage frequency converters are too far away from the load motor， and the frequency converter fails to start after starting. The paper discusses and studies this phenomenon， and puts forward the rectification methods.
Key words： petrochemical industry; low voltage inverter; distance; selection
1 前言
我国经济飞速发展，各类大型石油化工一体化项目陆续上马，国内摸大型炼化项目原油总加工能力为2200万吨/年，乙烯100万吨/年并配套建设相关的污水处理厂等，其中污水处理厂包括含盐污水处理和烟油污水处理两个系列，总占地面积约186000平方米，是一个东西长600多米，南北宽300多米的矩形平面装置。装置中仅有一座35KV级变电站，将35KV电压变成10KV以及0.4KV两个电压等级后集中给所有用电设备供电。装置含各类动静设备共计803台（套），其中大部分属输送、搅拌、进料、排放等机泵，对调速和节能要求较高，使得该装置中大量使用变频器对转动设备进行调速和节能控制。
2 低压变频的作用及工作原理简介
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的低压变频器主要采用交—直—交方式（Variable Voltage Variable Frequency 即VVVF），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机，实现调节速度和节能的功能。主要包括整流部分（交流变直流）、直流中间电路（对整流电路的输出进行平滑滤波），逆变电路（直流电再逆变成交流电）和控制系统，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等。
交流低压交直交通用变频器
3 惠炼二期污水处理厂低压变频器控制情况介绍
此污水处理厂低压电机大部分采用德国西门子G120系列变频器控制，此变频器通过设定控制单元上的参数来实现变频器的正常运行，实际设置为V/F控制。污水处理厂约有580多台套的机泵均使用了此系列变频器，因整厂只有一个区域变电所，采用中心向四周辐射的供电方式，所有电源和变频控制设备均设置在区域变电所中，由此对现场电机进行供电和控制。再加上污水处理厂面积太大，部分机泵与变电所的直线距离超过600多米，电机电源电缆长度有的超过800米。远远超出了变频器与负载之间的正常距离。变频器与负载电机距离超过500米的就有37台，均无法正常启动，变频器控制面板报“直流母线过压”。而且电机电源电缆过长会在电缆上产生寄生电容，导致电机端电压降低也无法启动，特别是容量较小的电机。
4 处理方法研究
4.1 取消超长距离变频器的输出电抗器
大多数情况下，电机电缆长度较长时，为了补偿变频器与电动机之间连接电缆线分布电容的影响，有效抑制变频器输出的谐波，减小变频器的噪声，以避免电动机绝缘过早老化或导致电动机的早期损坏，会在变频器输入与输出保护电路中安装电抗器。而惠炼污水处理厂变频器配备输入输出电抗器后却出现无法启动的情况。在对带出线电抗器和不带出现电抗器两种情况电机进行检测时发现，电机的端电压和电流的波形区别不大，以下是污水处理厂选取的两台电机检测表。
根据现场检测情况看，负载功率为4KW的脱水机进料泵P-641B电缆距离为740米，原设计中配带了输入输出电抗器，启动时变频器报故障，电机无法启动。在将输出电抗去取消后，其电机的端电压，电流（包括谐波分量、电压有效值及电压峰值）均无太大变化，电机端的电压质量和电流质量能够满足电机的正常启动和运行，变频器未报故障。如此看来通过加装输出/输入电抗器来解决超长距离的情况不太适应。
4.2 将原变频器功率放大一级
变频器在选型时都是按照负载的功率进行选择，与之相匹配即可，但这种超长距离变频器，由于线路距离太长，压降太大，变频器输出电压到达电机端时，已经无法满足电机要求，采取的办法是将变频器更换为再大一级，以下是部分采用放大变频器功率的电机。
污水处理厂变频器更换清单
根据现场实际经验看，部分因线路较长无法启动的变频器在更换变频器后，均可正常启动。
4.3 更改变频器启动频率
还有一部分变频器，在更换更大一级后仍无法启动，这是因为有的变频器默认启动频率设置为5HZ，启动频率太低，线路太长变频器也无法正常启动，这时需要将变频器的启动频率调高，一般情况下把启动频率调高至20-25HZ即可。
5 结束语
由于污水处理厂面积较大，出现变频器与负载电机距离太长，电缆超长的现象，导致部分电机无法正常开机，经过研究分析，采取取消出线电抗器、变频器扩容以及更改启动频率等方法，可以解决变频器无法启动的故障，保证了电机的正常启动和运行，经过近2年的运行和使用情况来看，各变频器及电机启停正常运行良好，未出现相关故障，污水处理厂装置运行平稳。
参考文献：
[1]王廷才. 变频器原理及应用[M]. 北京： 机械工业出版社，2011.
作者简介：
金宏彪，男，中海油惠州石化有限公司電气工程师。
收稿日期：2019-10-25
关键词： 石油化工; 低压变频器; 距离; 选型
中图分类号： TM63 文献标识码： A
Influence of long distance between frequency converter
and load motor and its solution
JIN Hong-biao
（CNOOC Huizhou Petrochemical Co.， Ltd.， Huizhou 516086， China）
Abstract： The sewage treatment plant of a large-scale refining and chemical project in China includes the two series of the salt sewage treatment and the crude oil sewage treatment. It contains a large number of transferring pumps， mixing pumps and fans， which need speed control and energy-saving control. Among them， more than 500 sets of low-voltage rotating equipment are controlled by frequency converter. However， due to the large area of the sewage treatment plant and only one power substation in the area， some low-voltage frequency converters are too far away from the load motor， and the frequency converter fails to start after starting. The paper discusses and studies this phenomenon， and puts forward the rectification methods.
Key words： petrochemical industry; low voltage inverter; distance; selection
1 前言
我国经济飞速发展，各类大型石油化工一体化项目陆续上马，国内摸大型炼化项目原油总加工能力为2200万吨/年，乙烯100万吨/年并配套建设相关的污水处理厂等，其中污水处理厂包括含盐污水处理和烟油污水处理两个系列，总占地面积约186000平方米，是一个东西长600多米，南北宽300多米的矩形平面装置。装置中仅有一座35KV级变电站，将35KV电压变成10KV以及0.4KV两个电压等级后集中给所有用电设备供电。装置含各类动静设备共计803台（套），其中大部分属输送、搅拌、进料、排放等机泵，对调速和节能要求较高，使得该装置中大量使用变频器对转动设备进行调速和节能控制。
2 低压变频的作用及工作原理简介
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的低压变频器主要采用交—直—交方式（Variable Voltage Variable Frequency 即VVVF），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机，实现调节速度和节能的功能。主要包括整流部分（交流变直流）、直流中间电路（对整流电路的输出进行平滑滤波），逆变电路（直流电再逆变成交流电）和控制系统，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等。
交流低压交直交通用变频器
3 惠炼二期污水处理厂低压变频器控制情况介绍
此污水处理厂低压电机大部分采用德国西门子G120系列变频器控制，此变频器通过设定控制单元上的参数来实现变频器的正常运行，实际设置为V/F控制。污水处理厂约有580多台套的机泵均使用了此系列变频器，因整厂只有一个区域变电所，采用中心向四周辐射的供电方式，所有电源和变频控制设备均设置在区域变电所中，由此对现场电机进行供电和控制。再加上污水处理厂面积太大，部分机泵与变电所的直线距离超过600多米，电机电源电缆长度有的超过800米。远远超出了变频器与负载之间的正常距离。变频器与负载电机距离超过500米的就有37台，均无法正常启动，变频器控制面板报“直流母线过压”。而且电机电源电缆过长会在电缆上产生寄生电容，导致电机端电压降低也无法启动，特别是容量较小的电机。
4 处理方法研究
4.1 取消超长距离变频器的输出电抗器
大多数情况下，电机电缆长度较长时，为了补偿变频器与电动机之间连接电缆线分布电容的影响，有效抑制变频器输出的谐波，减小变频器的噪声，以避免电动机绝缘过早老化或导致电动机的早期损坏，会在变频器输入与输出保护电路中安装电抗器。而惠炼污水处理厂变频器配备输入输出电抗器后却出现无法启动的情况。在对带出线电抗器和不带出现电抗器两种情况电机进行检测时发现，电机的端电压和电流的波形区别不大，以下是污水处理厂选取的两台电机检测表。
根据现场检测情况看，负载功率为4KW的脱水机进料泵P-641B电缆距离为740米，原设计中配带了输入输出电抗器，启动时变频器报故障，电机无法启动。在将输出电抗去取消后，其电机的端电压，电流（包括谐波分量、电压有效值及电压峰值）均无太大变化，电机端的电压质量和电流质量能够满足电机的正常启动和运行，变频器未报故障。如此看来通过加装输出/输入电抗器来解决超长距离的情况不太适应。
4.2 将原变频器功率放大一级
变频器在选型时都是按照负载的功率进行选择，与之相匹配即可，但这种超长距离变频器，由于线路距离太长，压降太大，变频器输出电压到达电机端时，已经无法满足电机要求，采取的办法是将变频器更换为再大一级，以下是部分采用放大变频器功率的电机。
污水处理厂变频器更换清单
根据现场实际经验看，部分因线路较长无法启动的变频器在更换变频器后，均可正常启动。
4.3 更改变频器启动频率
还有一部分变频器，在更换更大一级后仍无法启动，这是因为有的变频器默认启动频率设置为5HZ，启动频率太低，线路太长变频器也无法正常启动，这时需要将变频器的启动频率调高，一般情况下把启动频率调高至20-25HZ即可。
5 结束语
由于污水处理厂面积较大，出现变频器与负载电机距离太长，电缆超长的现象，导致部分电机无法正常开机，经过研究分析，采取取消出线电抗器、变频器扩容以及更改启动频率等方法，可以解决变频器无法启动的故障，保证了电机的正常启动和运行，经过近2年的运行和使用情况来看，各变频器及电机启停正常运行良好，未出现相关故障，污水处理厂装置运行平稳。
参考文献：
[1]王廷才. 变频器原理及应用[M]. 北京： 机械工业出版社，2011.
作者简介：
金宏彪，男，中海油惠州石化有限公司電气工程师。
收稿日期：2019-10-25