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案例頻道摘要：本文介紹了風(fēng)光牌高壓變頻器在沙鋼集團鋼鐵廠(chǎng)除塵風(fēng)機上的應用情況。應用結果表明，采用國產(chǎn)高壓變頻器對鋼廠(chǎng)的除塵風(fēng)機設備進(jìn)行調速節能改造，具有較高的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
關(guān)鍵詞：高壓變頻器 除塵風(fēng)機 應用
1引言
沙鋼集團是目前國內最大的電爐鋼和優(yōu)特鋼生產(chǎn)基地、江蘇省重點(diǎn)企業(yè)集團、國家特大型工業(yè)企業(yè)，全國最大的民營(yíng)鋼鐵企業(yè)?，F擁有總資產(chǎn)1000多億元，職工26700余名，主要工藝裝備均達國際先進(jìn)水平，形成了年產(chǎn)鐵2230萬(wàn)噸、鋼2720萬(wàn)噸、材2390萬(wàn)噸，其中不銹鋼板100萬(wàn)噸的生產(chǎn)能力。
圖1 沙鋼集團廠(chǎng)區
為了降低對周邊環(huán)境的污染，沙鋼瞄準國際國內先進(jìn)水平，大力推進(jìn)技術(shù)創(chuàng )新，先后淘汰了兩座5噸小電爐和6條小軋鋼生產(chǎn)線(xiàn)，同時(shí)，引進(jìn)先進(jìn)環(huán)保治理工藝技術(shù)和裝備，加大環(huán)保技改投入。近幾年來(lái)，共投資兩億多元用于增添和更新改造各類(lèi)環(huán)保設施。在電爐煉鋼方面，采用布袋低壓脈沖除塵技術(shù)、噴霧除塵技術(shù)、變頻調速控制除塵風(fēng)機技術(shù)。
該煉鋼廠(chǎng)原有15t氧氣頂吹轉爐4座，轉爐吹煉過(guò)程中，爐口會(huì )排出大量棕紅色的煙氣，煙氣溫度高，含有易燃氣體和金屬顆粒，按照我國1996年頒布的《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297一1996），對煙氣必須冷卻、凈化，由引風(fēng)機將其排至煙囪放散或輸送到煤氣回收系統中備用。因此，每座轉爐需配有一套除塵系統，除塵系統采用二級文氏管煙塵凈化方式，風(fēng)機型號AI850，電機功率1800KW/10KV。由于轉爐周期性間斷吹氧，為滿(mǎn)足節能和環(huán)保要求,要求風(fēng)機在整個(gè)煉鋼工作周期內變速運行，吹氧時(shí)高速運行，不吹氧時(shí)低速運行。2002年，煉鋼廠(chǎng)對其中2#和3#轉爐進(jìn)行擴容改造，將風(fēng)機移至地面，采用液力偶合器調速，高速2700r/min（設計2900r/min），低速1200r/min。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運行，發(fā)現液力偶合器技術(shù)存在著(zhù)局限性，主要表現在：
1）電動(dòng)機的效率低，損耗大，尤其低速運行時(shí)，效率極低；
2）調節精度低、線(xiàn)性度差，響應慢；
3）啟動(dòng)電流仍比較大，影響電網(wǎng)穩定；
4）液力偶合器故障時(shí)，無(wú)法切換至工頻旁路運行，必須停機檢修；
5）漏油嚴重，對環(huán)境污染大，地面被油污蝕嚴重。
鑒于液力偶合器存在上述眾多問(wèn)題，因此在2008年9月，煉鋼廠(chǎng)對2#和3#轉爐風(fēng)機進(jìn)行改造，改用高壓變頻器為轉爐風(fēng)機進(jìn)行調速。
2高壓變頻器技術(shù)要求及改造方案
除塵風(fēng)機是除塵凈化系統的動(dòng)力中樞，一旦除塵風(fēng)機不能正常運行，不但影響生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟損失，還有可能威脅到現場(chǎng)生產(chǎn)人員的人身安全；另外，調速系統工作的環(huán)境比較惡劣；同時(shí)轉爐又周期性間斷吹氧；所以，和除塵風(fēng)機配套的高壓調速系統，要求具有極高的可靠性?；谝陨瞎ぷ魈攸c(diǎn)，對變頻調速系統的主要要求如下：
1）要求變頻器要有高可靠性，長(cháng)期運行無(wú)故障。
2）要求變頻器有旁路功能，一旦出現故障，可使電機切換到工頻運行。
3）調速范圍要大，效率要高。
4）有共振點(diǎn)跳轉設置，能使電機避開(kāi)共振點(diǎn)運行，讓風(fēng)機不喘震。
經(jīng)過(guò)多方調研、比較，最后決定采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38
2.1 設備配置
圖2 一次主回路圖
QF：變頻器輸入側的高壓開(kāi)關(guān)柜
KM1、KM2、KM3、KM4：高壓變頻器內置真空接觸器
QS1、QS2：高壓變頻器內高壓隔離開(kāi)關(guān)
M：1800KW/10KV三相異步電動(dòng)機
變頻器配備了自動(dòng)旁路柜，通過(guò)KM3、KM4的控制，可自動(dòng)（或手動(dòng)）在變頻狀態(tài)和工頻狀態(tài)之間切換。變頻狀態(tài)下, KM3閉合，KM4斷開(kāi)，變頻器控制電機；工頻狀態(tài)下，KM3斷開(kāi)，KM4閉合，在切換至工頻帶動(dòng)電機。變頻器可以在重故障時(shí)自動(dòng)切換工頻運行，這樣既保證了變頻器正常運行，又避免了直接啟動(dòng)電機大電流對電網(wǎng)的沖擊，保證風(fēng)機連續不間斷供風(fēng)。并要求可以遠程和本機控制。山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器調速有五種方式：就地旋鈕、觸摸屏、遠程、上位機及多段速調節，方便用戶(hù)選擇。該鋼鐵廠(chǎng)采用多段速方式調節。遠程控制時(shí)，自動(dòng)檢測轉爐位置，使變頻器在倒鐵水時(shí)高速運行，其他時(shí)間低速運行。
2.2 電機、風(fēng)機參數及變頻器技術(shù)指標
1）電機參數
|
型號 |
額定功率 |
額定電壓 |
額定電流 |
額定功率因數 |
|
Y4004-2 |
1800KW |
10KV |
|
0.81 |
2）風(fēng)機參數
|
型號 |
進(jìn)氣容積流量 |
進(jìn)氣溫度 |
主軸轉數 |
額定功率因數 |
|
AI850 |
|
|
2975r/min |
0.79 |
3）JD-BP38系列變頻器技術(shù)指標
輸入電壓：三相交流有效值10KV±10%
輸入頻率：50±5Hz
輸出電壓：三相正弦波電壓0-10KV
輸出頻率：0-50Hz
頻率分辨率：0.01Hz
加速時(shí)間：可按工藝要求設定
減速時(shí)問(wèn)：可按工藝要求設定
頻率設定方式：高低兩級速度，可在0-50Hz范圍內調整
故障診斷及檢測：自動(dòng)檢測，自動(dòng)定位
網(wǎng)側功率因素：0.95（高速時(shí)）
過(guò)載保護：150%（每10分鐘允許l分鐘）、180%立即保護
防護等級：IP21
環(huán)境濕度：90%,無(wú)凝結
3JD-BP38系列高壓變頻器調速系統
3.1系統結構
JD-BP38系列高壓變頻調速系統的結構見(jiàn)圖3所示，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。10KV系列有30個(gè)功率單元，每10個(gè)功率單元串聯(lián)構成一相，圖3中給出了系統結構示例。
圖3 高壓變頻器系統結構圖
3.2功率單元電路
圖4 功率單元主電路圖
每個(gè)功率單元結構上完全一致，可以互換，其主電路結構如圖4所示，為基本的交-直-交雙向逆變電路，圖中通過(guò)逆變塊IGBT反并聯(lián)的二極管構成三相全橋方式整流，整流后的給濾波電容充電，確定母線(xiàn)電壓， 通過(guò)對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制實(shí)現雙向逆變。
功率單元輸出波形：
圖5 單個(gè)功率單元輸出波形
3.3輸入側結構
輸入側由移相變壓器給每個(gè)單元供電，每個(gè)功率單元都承受電機電流、1/10的相電壓、1/30的輸出功率。30個(gè)單元在變壓器上都有自己獨立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，目的是實(shí)現多重化，降低輸入電流的諧波成分。
本機中移相變壓器的副邊繞組分為三組，構成36脈沖整流方式；這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側的電流波形，使其負載下的網(wǎng)側功率因數接近1，輸入電流諧波成分低。實(shí)測輸入電流總諧波成分小于3%,低于國家標準。
3.4輸出側結構
圖6 10個(gè)單元輸出波形疊加圖
輸出側由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過(guò)對每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到如圖6所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無(wú)須輸出濾波器就可以使輸出電纜長(cháng)度很長(cháng)，電機不需要降額使用，可直接用于舊設備的改造；同時(shí)，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機械應力。
3.5控制器
控制器核心由高速
數字信號處理器（DSP）相對于模擬信號處理有很大的優(yōu)越性，表現在精度高、靈活性大、可靠性好、易于集成、易于存儲等方面。傳統的模擬信號處理技術(shù)正由全新的數字信號處理技術(shù)（DSP）所代替。DSP是面向高速重復性數值運算密集型的實(shí)時(shí)處理。高性能DSP不僅處理速度快，而且可以無(wú)間斷的完成數據的實(shí)時(shí)輸入與輸出。DSP結構相對單一，普遍采用匯編編程，其處理完成時(shí)間的可預測性要比結構和指令復雜、依賴(lài)于編譯系統的普通微處理器強的多。它可以單周期完成這些乘加并行操作，而普通微處理器需要至少4個(gè)指令周期，因此在相同的指令周期和片內指令緩沖條件下，是普通微處理器運算速度的4倍以上。
另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個(gè)功率單元的控制電源采用一個(gè)獨立于高壓系統的統一控制器，方便調試、維修、現場(chǎng)培訓，增強了系統的可靠性。
3.6 控制電源
控制器有一套獨立于高壓電源的供電體系，在不加高壓的情況下，設備各點(diǎn)的波形與加高壓情況基本相似，給整機可靠性、調試、培訓帶來(lái)了很大方便。
系統采用三次諧波補償技術(shù)提高了電源電壓利用率，利用了調制信號預畸變技術(shù)，使電壓利用率近似于1。系統還采用了先進(jìn)的載波移相技術(shù)，它的特點(diǎn)是單元輸出的基波相疊加、諧波彼此相抵消。所以串聯(lián)后的總輸出波形失真特別小。
4設備運行情況及其他效益
08年9月份，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38
圖7 變頻調速后風(fēng)機運行曲線(xiàn)圖
運行變頻器調速后，主要優(yōu)越性變現在：
1）運行穩定，安全可靠。原來(lái)使用液力偶合器大概40天左右就必須更換軸承，每次需停爐半天左右，帶來(lái)的巨大的經(jīng)濟損失。
2）節能效果顯著(zhù)。
下表為生產(chǎn)工況基本相同的條件下，隨機抽取一天工頻與變頻各個(gè)方面的數據對比：
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號