1前言
西门子690V电压等级变频器在我公司应用了多台，运行情况良好，故障率低。此次选择为G150型690V等级变频器，该型变频器功能可以满足我方工艺要求，并且变频器元件为进口元件，在我国国内集成组装，相对纯进口设备，价格优势相当明显。
2西门子变频器G150的特点
G150是西门子新一代变频器SINAMICS家族中的一员，它不仅继承了MasterDrive的特点，而且具有自身的优点。G150是单传动的变频器，功率范围75800kW，进线电压分为380480V和660690V两个等级，控制方式为无速度传感器的矢量控制（sensorlessvectorcontrol）和矢量控制。无速度传感器的矢量控制是矢量控制的一种，只是没有速度传感器，通过电机模型的计算来估测电动机的速度反馈值。无速度传感器的矢量控制的控制精度和系统的动态性能不如带速度闭环的矢量控制，但也有系统简单、无须维护速度传感器、价格便宜的优点。
传统的V/f控制也无需速度传感器，但对于大功率的泵类电机，如用V/f控制无电流环控制，容易引起电流的波动。无速度传感器的矢量控制，不仅有速度闭环而且有电流闭环，电机的稳态电流更稳定。
G150具有丰富的客户端子，包括8个数字量输入（DI），4个双向输入/输出（DI/DO），2点继电器输出（DO），2个模拟差分输入（AI），2个模拟输出（AO），1个KTY84温度传感器或PTC敏电阻，10V辅助电源用于模拟给定输入，24V辅助电源用于数字量输入，所有的DI/DO、AI/AO都可以自由编程定义功能。与MasterDrive不同，G150的客户端子，不在控制板上，而是在客户端子板TM31上。当有端子损坏时，只须更换TM31，节约了维修成本。
PROFIBUS接口是G150的标准配置，无需选件。通过PROFIBUS可以将G150连接到更高层的自动化系统。通过PROFIBUS可以与调试软件Starter连接，便于调试和存储参数。G150的程序和参数存储于Flashcard中，Flashcard中的数据可用Flashcard适配器读取，存储在硬盘中，或刻成光盘存档。如有相同功率，相同功能的设备，可将数据直接拷贝到新的Flashcard中，不需设置任何参数。另外如旧设备的参数被调乱，或Flash card损坏也可用以上的方法进行恢复。
3调速系统选择
原P409甲铵泵系统主要由泵体、曲轴箱、齿轮箱、液力变矩器和电动机组成。本次变频技改，取消了液力变矩器，新增加了降压整流变压器、变频器，通过调节电机转速来调节泵转速；电动机也进行配套更换。
3.1电机、变频器(变频器在流量控制中的使用)选型
3.1.1电机功率确定
根据原有泵的参数和原有电机参数，选择新690V电机，然后结合负载特点确定变频器功率等级。原P409甲铵泵采用1996年生产的原装德国西门子6kV电机驱动。因使用时间较长，该电机除铭牌数据外，已无法查找其它技术数据。尿素一车间两台甲铵泵P409/P410，互为备用运行，两台泵体型号相同。P410甲铵泵于2001年3月安装投运，P410采用变频调速技术，变频器为6SE71系列及电机均为原装德国西门子生产。而本次P409变频技改，电机选择除参考泵的参数选择外，另外也参考P410电机技术参数进行选择。
3.1.2变频器功率确定
要求基本负载功率和电流大于电机额定值，同时考虑电机为重载起动，根据样本选择基本负载电流为465A装置（690V），故选型为6SL3710 -1GH34-7AA0.
3.2变频器柜型选择
G150提供A型和C型两种柜体形式，可依据现场情况及系统要求进行选取，我们选择A型带开关和接触器。
3.3EMC滤波器
对于生活及商业环境，可选加无线电抗干扰滤波器。
输入侧增加谐波滤波器可以有效降低高次谐波，达到优于12脉冲配置的极低的高次谐波效果。
4控制系统
（1）现场安装就地操作箱，包括主机和循环油泵开、停按钮、主机紧急停车按钮、转速就地调速开关、转速就地与远程控制切换开关、电流表、主机和循环油泵运行指示灯等。
（2）电机的开、停由就地操作箱开关和DCS工艺接点等无源接点通过变频器TM31端子板进行控制。
DCS上设置转速控制回路，用420mA模拟量输入变频器TM31端子板，调节转速；变频器输出一个020mA模拟量，到现场控制箱电流表，作为现场电流指示；变频器输出两个420mA模拟量到主控DCS，分别指示频率和电流。
（3）变频器和电机低工作频率10Hz（对应泵转速为30r/min），即电机起动运行低频率。
（4）控制联锁控制联锁包括：循环油泵低油压联锁和超油温联锁，工艺超高压联锁和锅炉水低液位联锁，现场和主控室设有手动紧急停车按钮。
5调试过程
5.1调试程序
a.检查主电路和控制线路接线，并测量对地电阻。
b.给变频器供电。
c.用西门子STARTER软件对变频调速柜初始调试（初始化），即输入电动机数据（传动调试），输入基本参数，以电动机辨识结束。
d.电机起动时间设置及电动机各控制方式和调速功能设置，用STARTER软件模拟实现各功能，空载运行电机，并对各功能进行调试；现场控制箱起动电机，并对各功能进行调试。软件调试及现场功能调试完成后，现场起动电机，电机空载运行2小时。
e.电机空载合格，带满载起动，检查各运行参数是否正常。
f.调试合格后，程序存档。
5.2调试过程中问题处理
a.调速切换问题在变频器调试过程中，现场和DCS分别调速时，调速功能使用正常，但现场操作箱调速后，切换至DCS调速，这时变频器频率自动返回电机启动时的低频率；同样，当DCS调速切换至现场控制箱调速时，频率也自动返回电机启动时的低频率。厂家调试人员试图用速度叠加分的方法使调速切换平稳，但尝试几次均无法解决切换平稳问题，进一步进行对变频器功能确认，后认为G150型变频器不具备速度跟踪保持功能，无法实现现场与DCS调速平稳切换，需要另外增加配置。经过与工艺操作相关人员会商，工艺操作相关人员同意将操作方式进行改变，即电机现场启停，现场不调速，主控DCS调速（主控调速更利于工艺参数调整）。
b.变频器自起动问题甲铵泵系统不允许自起动现场发生。在带电机空载调试时，出现变频器工艺跳车，现场开车转换开关未复位时，变频器自起动。检查变频器，发现变频器出厂默认激活了自起动功能。处理方法为修改设置，屏蔽自起动功能。
c.起动跳车问题在电机空载开车时，电机开车正常。带负载（柱式泵，重载启动）启动时，多次出现直流母线过电压报警，并跳车。分析原因为变频器起动斜波上升时间设置较短，工厂默认值为20s，起动斜波上升曲线较陡，在重载条件下起动电机，变频器直流母线电压冲击过高，引起直流母线过压跳车。
通过修改参数设定，将变频器起动斜波上升时间调整为30s，使变频器起动斜波上升曲线变平缓，从而减小直流母线电压冲击，电机起动更平稳。
参数调整后，起动跳车现象消除。
6改造前后节能对比
6.1改造前后相近负荷时段P409单泵运行工艺参数对比
工艺出口压力相对稳定时，泵转速变化，电机负荷（电机电流）基本稳定不变，泵转速对电机负荷影响较小。因为，技改前电机恒定转速运行，泵的调速主要依靠机械变矩器完成，工艺出口压力稳定，负荷就相对稳定。
从表4可以看出，工艺出口压力相对稳定时，泵转速变化，电机负荷也变化。因为，技改后泵的调速依靠电机速度变化完成，当工艺出口压力稳定时，电机速度逐渐降低，电机输出功率也将降低，电流不断降低。
6.2节能测算
原P409供电方式为高压配电室开关柜输出6kV电压为电机供电，现P409供电方式为高压配电室开关柜输出6kV电压至整流变压器，整流变压器输出690V电压给变频器，变频器输出电压为电机供电。
本次测算在高压柜6kV开关柜输出侧比较，单台运行，技改前P409年平均运行电流约28A，技改后P409年平均运行电流约18A；高压侧电压相对稳定，约6.2kV；旧电机功率因数为0.86，新电机功率因数为0.87；三班制，连续运行，一天24小时，年运行300天（除去停车检修时间），年运行小时数为7200小时；电价取每千瓦时0.5元；技改总投资90万元。
7结束语
通过对我公司尿素一车间P409甲铵泵进行变频技改，解决了原泵调速系统备件采购困难的问题，工艺人员操作更容易（无风压调节系统、无润滑油系统），调速简便，减少设备维护工作量，降低故障率，运行更稳定。同时，也达到了节能降耗目的，投资回收期约为三年。
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