摘要：本文介紹了新風(fēng)光電子科技股份有限公司一臺高壓變頻器（型號為JD-BP38-4000F），在山東某鋼鐵廠循環(huán)風(fēng)機負載的應(yīng)用情況。高壓變頻器的現(xiàn)場應(yīng)用表明，高壓變頻器對于循環(huán)風(fēng)機具有很好的節(jié)能環(huán)保、穩(wěn)定系統(tǒng)效果。

1引言

    隨著高壓變頻技術(shù)的不斷成熟，高壓變頻器在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。高壓變頻器的巨大節(jié)能潛力和優(yōu)良的調(diào)速性能，使得它具有強勁的發(fā)展動力和廣闊的市場空間。

    目前,高壓變頻技術(shù)已經(jīng)成為冶金領(lǐng)域的有效節(jié)能途徑，對于大容量電力傳動系統(tǒng)，尤其是大容量風(fēng)機系統(tǒng)進行高壓變頻改造已成為必然趨勢，它為使用大功率傳動裝備的企業(yè)和行業(yè)帶來了很大的節(jié)能效益。此外，對于變頻改造后的系統(tǒng)穩(wěn)定性也有更高的要求，是安全生產(chǎn)得到保障。

2冶金行業(yè)風(fēng)機系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

    目前我國冶金行業(yè)中除少量采用液力耦合器及雙速電機外，其它風(fēng)機基本上都采用定速驅(qū)動。這種定速驅(qū)動的風(fēng)機采用入口風(fēng)門，都存在嚴重的節(jié)流損耗。尤其在機組變負荷運行時，由于風(fēng)機的運行頻率高，損耗大，使運行效率降低。

    風(fēng)機的流量與電機轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。現(xiàn)有調(diào)節(jié)流量的方法不改變電機的轉(zhuǎn)速，因此電機消耗的功率不變，想要調(diào)整風(fēng)量，就必須調(diào)整風(fēng)門，這樣就會使一部分能量損耗在風(fēng)門上，導(dǎo)致能源浪費。若使用高壓變頻器對電機進行調(diào)速，達到用戶期望的流量，此時風(fēng)門全開，則可以節(jié)約大量電能。

3現(xiàn)場分析及變頻器配置方案

    山東某鋼鐵廠循環(huán)風(fēng)機應(yīng)用在鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)，鍋爐進氣端為高溫氣體，出氣端為低溫氣體，低溫氣體又經(jīng)過加壓升溫，變?yōu)楦邷貧怏w進入鍋爐，整個系統(tǒng)需要循環(huán)風(fēng)機的應(yīng)用。整個循環(huán)風(fēng)機系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1循環(huán)風(fēng)機系統(tǒng)圖

    現(xiàn)場工頻運行時，存在電機啟動過程中電流沖擊大，系統(tǒng)不穩(wěn)定，電能浪費的問題，針對這些問題，進行變頻改造，通過現(xiàn)場電機參數(shù)進行匹配變頻器。

    山東某鋼鐵廠循環(huán)風(fēng)機現(xiàn)場電機參數(shù)如下表1所示。

表 1 某鋼鐵廠循環(huán)風(fēng)機現(xiàn)場電機參數(shù)表

    山東某鋼鐵廠循環(huán)風(fēng)機現(xiàn)場電機系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2現(xiàn)場電機系統(tǒng)

    考慮到成本和現(xiàn)場工況，本項目變頻改造方案是選用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-4000F高壓變頻器(4000kW/10kV）對現(xiàn)場除循環(huán)風(fēng)機進行改造，高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表 2 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)

4 新風(fēng)光高壓變頻器基本原理介紹

    電網(wǎng)電壓輸入連接到高壓變頻器的移相變壓器上，移相變壓器將電壓轉(zhuǎn)換為獨立的三相690V電壓，給每個功率單元供電。移相變壓器的作用：第一是將高壓降低為低壓，給每個功率單元供電；第二是給每個功率單元提供獨立的電源，可以使單元進行級聯(lián)，第三是移相變壓器采用延邊三角形結(jié)構(gòu)，使單元的輸入電壓進行移相，減小了對電網(wǎng)的諧波無污染，為真正的完美無諧波。單元級聯(lián)通過載波移相技術(shù)可以使輸出電壓諧波變小。完善的控制系統(tǒng)，主控系統(tǒng)采用高速DSP為控制核心，控制算法完全數(shù)字化，主控箱與功率單元采用高速光纖通訊。整機原理如圖3所示。

圖3高壓變頻器系統(tǒng)原理圖

5新風(fēng)光高壓變頻器主要技術(shù)特點

5.1振蕩抑制技術(shù)

    電機輕載或者空載的時候會出現(xiàn)局部不穩(wěn)定現(xiàn)象，這時電流幅值波動很大，電流的振蕩有可能會導(dǎo)致系統(tǒng)因為過流或過壓而觸發(fā)保護【1】。我公司采用優(yōu)越的電流振蕩抑制算法，有效地抑制電流的振蕩，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。下圖4為循環(huán)風(fēng)機現(xiàn)場試驗振蕩抑制效果對比。

圖4（a）無振蕩抑制

圖4（b）加振蕩抑制

5.2單元級聯(lián)技術(shù)

    單元級聯(lián)如圖5所示，由于每個單元的輸出電壓是相互獨立的，單元的輸出可以級聯(lián)在一起，單元的控制信號是通過光纖與主控系統(tǒng)通訊，主控將PWM波信號通過下行通訊光纖傳遞給每個功率單元，每個功率單元通過相應(yīng)的單元的保護動作通過上行通訊光纖上傳給主控系統(tǒng)。主控產(chǎn)生的PWM信號為載波移相后的PWM信號，單元級聯(lián)后輸出的電壓諧波很小。

圖5單元級聯(lián)示意圖

5.3強大的電網(wǎng)適應(yīng)性

    在用戶主電源瞬時停電、瞬時跌落、廠用電網(wǎng)切換時，變頻器應(yīng)能保證在限定時間內(nèi)電網(wǎng)恢復(fù)后能夠自動正常運行。此功能極大的提高了用戶的使用性，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，從而提高系統(tǒng)在運行中的穩(wěn)定性。

圖6主電源瞬時跌落

6改造效果

    根據(jù)變頻器的運行記錄，統(tǒng)計風(fēng)機的運行狀態(tài)，得到正常投產(chǎn)運行時頻率多數(shù)為40Hz。

    觀察變頻器輸入側(cè)運行情況（電壓10.2kV，運行電流120.7A,功率因數(shù)0.96）可知使用變頻器功率：P1=10.2×120.7×1.732×0.96＝2047kW

    根據(jù)現(xiàn)場情況（電壓10.2kV，運行電流222A,功率因數(shù)0.909）可知原來工頻消耗功率：

    P3=10.2×222×1.732×0.9＝3529kW,

    這樣節(jié)電功率為P4=P3-P1=3529-2047=1482kW,

    但變頻器運行,系統(tǒng)總損耗約為4%（含變壓器）,這樣損耗為:P5=2047×4％＝81.9kW,

    這樣變頻器實際節(jié)能為:P6=1482-81.9=1400.1kW,

    在這種工況下的節(jié)電率約為:1400.1/3529×100％=39.6%。

    則使用高壓變頻器后，對于循環(huán)風(fēng)機系統(tǒng)一年所節(jié)約的電費為（電價按0.45元計算，整個系統(tǒng)按照一年運行300天計算）：

    1400.1*24*300*0.45＝4536324元=453.6324萬元。

7結(jié)束語

    山東某鋼廠循環(huán)風(fēng)機現(xiàn)場設(shè)備改造達到了預(yù)期目的。循環(huán)風(fēng)機系統(tǒng)的投入使用真正實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保,不僅為企業(yè)帶來利益，更是響應(yīng)了國家節(jié)能減排及保護環(huán)境的號召。整個循環(huán)風(fēng)機系統(tǒng)實現(xiàn)軟啟動,系統(tǒng)穩(wěn)定性，安全性得到提高。