冶金行業(yè)屬于高耗能行業(yè)，大功率電機數量多，常年工頻運行導致能源浪費嚴重。高爐鼓風(fēng)機的變頻改造不僅能夠解決大功率電機的啟動(dòng)問(wèn)題，顯著(zhù)節能，而且能夠改善運行工藝，達到多重改造效果，經(jīng)濟效益及社會(huì )效益顯著(zhù)，但方案的設計上一定要遵從安全可靠的原則。

本方案通過(guò)HD9X系列高壓變頻器無(wú)擾切換改造高爐鼓風(fēng)機，保證啟動(dòng)沖擊電流在電機額定電流0.3-0.6倍以?xún)?，解決高爐啟動(dòng)對整個(gè)電網(wǎng)沖擊的問(wèn)題。

一、技術(shù)要求：

高爐鼓風(fēng)機是高爐系統中最重要的動(dòng)力設備，上圖為整個(gè)高爐的系統圖?，F代大、中型高爐系統中所用的鼓風(fēng)機，大多用汽輪機驅動(dòng)的離心式鼓風(fēng)機和軸流式鼓風(fēng)機。高爐鼓風(fēng)機的運行可靠性關(guān)系著(zhù)整個(gè)高爐生產(chǎn)，一般情況下在高爐正常生產(chǎn)過(guò)程中如果高爐鼓風(fēng)機意外停機將導致嚴重的安全生產(chǎn)事故，經(jīng)濟損失少則幾十萬(wàn)，多則上百萬(wàn)。

高爐鼓風(fēng)機為整個(gè)高爐系統中功率最大的負載，其耗電量巨大，而且目前很多采用水阻柜啟動(dòng)加風(fēng)門(mén)調節的方式啟動(dòng)和調節鼓風(fēng)機的出口壓力，能量浪費嚴重。變頻改造逐漸進(jìn)入廠(chǎng)家的視野，但對變頻調速系統的可靠性提出了很高的要求：?jiǎn)?dòng)前必須將其它大功率負荷進(jìn)行停機保證電網(wǎng)容量能經(jīng)受啟動(dòng)沖擊電流，由于鋼廠(chǎng)高爐不斷擴容，電網(wǎng)預留每個(gè)鋼廠(chǎng)總進(jìn)線(xiàn)負荷是有限的，所以要求高爐鼓風(fēng)啟動(dòng)沖擊電流必須在合理范圍。

二、項目概況

河北邯鄲某鋼鐵企業(yè)一煉鐵廠(chǎng)5#高爐容量是1080m3，采用由陜鼓提供的AV63-14軸流風(fēng)機對高爐供風(fēng)，其中電網(wǎng)容量分配到5#高爐母線(xiàn)的電源負荷為1300A ，但是電機額定電流1072A，要求高爐鼓風(fēng)機啟動(dòng)時(shí)候沖擊電流必須控制在額定電流范圍以?xún)取，F場(chǎng)改造前有一臺第三方大功率變頻器，考慮成本問(wèn)題決定使用匯川無(wú)擾切換系統和第三方變頻器組成1080m3高爐無(wú)擾切換系統。

1080m3高爐鼓風(fēng)機系統配置如下：

2.1電機參數

2.2齒輪參數

2.3風(fēng)機參數

2.4變頻器參數

2.5無(wú)擾切換系統

三、系統方案

3.1系統一次圖

圖2：系統一次圖

控制邏輯說(shuō)明： 

1) 首先將用戶(hù)開(kāi)關(guān)柜QF合閘，將電源送到變頻器進(jìn)線(xiàn)柜QF1和運行柜QF3上端。

2) 在第三方變頻器合閘允許后，通過(guò)風(fēng)機控制系統DCS發(fā)出變頻器柜QF1進(jìn)行合閘命令，變頻器準備就緒。

3) 匯川無(wú)擾切換系統檢測到變頻器輸入電壓正常再發(fā)出變頻出線(xiàn)柜QF2合閘指令。

4) 匯川無(wú)擾切換系統自檢完成后將準備就緒信號上傳到風(fēng)機控制系統DCS，高爐鼓風(fēng)機啟動(dòng)過(guò)程電氣部分條件具備。

5) 風(fēng)機控制系統DCS通過(guò)對機組是否準備啟動(dòng)條件進(jìn)行判斷，條件具備后，給出啟動(dòng)變頻器命令，匯川無(wú)擾切換系統實(shí)時(shí)鎖頻鎖相，變頻器驅動(dòng)M1達到工頻50Hz狀態(tài)，鎖頻鎖相成功后發(fā)出解鎖信號將QF2與QF3互鎖信號解除。

6) 通過(guò)對輸入輸出電壓頻率、相位、幅值進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，在滿(mǎn)足切換條件時(shí)，依次給出QF3合閘命令，變頻停機和QF2分閘命令。電機就從變頻器驅動(dòng)狀態(tài)平滑切換到工頻狀態(tài)。風(fēng)機機組在軟啟過(guò)程中只要機組不具備條件，風(fēng)機控制系統DCS就會(huì )發(fā)出停機命令保證系統安全。

3.2技術(shù)難點(diǎn)

同步切換過(guò)程中需要準確檢測電網(wǎng)與變頻器輸出電壓的幅值、頻率、相位等，任何一個(gè)不準確的數值均將導致切換不成功，或者切換過(guò)程沖擊電流非常大，拉垮電網(wǎng)；該切換過(guò)程存在的技術(shù)難點(diǎn)體現如下：

1) 變頻器輸出電壓的相序與電網(wǎng)輸入側的相序一致性判斷。這種問(wèn)題導致結果將比較嚴重：①工藝不允許，比如說(shuō)像空壓機或者轉爐的應用現場(chǎng)，絕對不允許電機反轉，易造成事故；②工藝允許的情況下，相當于一個(gè)正轉的電機突然50Hz反轉，對電機軸承的傷害比較大；匯川變頻器無(wú)載測試的過(guò)程中，即變頻器不連接電機時(shí)在觸摸屏上進(jìn)行相位讀取，從而判斷相位的正確性；

2) 切換時(shí)工變頻電壓相位檢測對比。如果在沒(méi)有判斷工變頻電壓的頻率、相位、幅值的情況下，直接切換（硬切換）的話(huà)，對電網(wǎng)的沖擊電流會(huì )很大，甚至達到16倍沖擊電流，直接拉垮電網(wǎng)。匯川切換過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測工變頻電壓的頻率、相位和幅值，三個(gè)指標均滿(mǎn)足切換要求才進(jìn)行切換，保證無(wú)沖擊；

四、HD9X變頻改造優(yōu)勢

1) 隨著(zhù)生產(chǎn)規模擴大用電量需求增加，原來(lái)電網(wǎng)預留負荷不足以支撐目前的用電量。協(xié)調電網(wǎng)進(jìn)行擴容不僅流程長(cháng)投資成本也大，所以要求擴建項目大型設備啟動(dòng)必須控制在額定電流范圍以?xún)?。HD9X變頻改造使啟動(dòng)沖擊電流在額定電流范圍內，一般在0.3~0.6電機額定電流。

2) 對進(jìn)線(xiàn)母線(xiàn)負荷要求小，啟動(dòng)前不用協(xié)調其它大型設備停機從而調整進(jìn)線(xiàn)負荷來(lái)啟動(dòng)高爐鼓風(fēng)機。

3) 變頻器做軟啟時(shí)可以連續多次啟動(dòng)，對電機、機械、電網(wǎng)沖擊都很小。而水阻、固態(tài)軟啟啟動(dòng)必須留有時(shí)間間隔，直接影響其它大型設備正常運行。

4) 水阻、固態(tài)軟啟啟動(dòng)只有在調整合理情況下才能將啟動(dòng)電流控制在3倍左右，這樣就要求上級進(jìn)線(xiàn)變壓器容量要加大，投資成本會(huì )提高、電網(wǎng)收費標準也會(huì )變高。

5) 同樣功率電機如果采用水阻、固態(tài)軟啟是按照電機額定容量來(lái)配置的，那么采用變頻器做軟啟只需電機額定容量0.3倍即可，投資成本相差不多。從性能上來(lái)講，變頻無(wú)擾切換方案比水阻、固態(tài)軟啟更加有優(yōu)勢。

6) 延長(cháng)電機及負載的使用壽命：變頻改造真正實(shí)現了電機及負載的軟啟動(dòng)，減小了沖擊，能夠有效延長(cháng)其使用壽命，之前客戶(hù)每次啟動(dòng)此電機都非常麻煩，需要停掉所有用電設備，而現在可以隨意進(jìn)行電機的啟動(dòng)，而且現場(chǎng)電機使用軸瓦，也有效的減小了啟動(dòng)時(shí)對軸瓦的沖擊；

五、現場(chǎng)應用照片

圖3：現場(chǎng)負載

圖4：電機銘牌

圖5：軸流風(fēng)機型銘牌