摘 要：本文結(jié)合青鋼高爐煉鐵生產(chǎn)的實(shí)際工況，介紹了西門子單元串聯(lián)多電平高壓大功率變頻器在該廠750m高爐除塵風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用，給出了變頻器的工作原理等。運(yùn)行表明，該變頻器的投入節(jié)約了能源，提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；單元串聯(lián)多電平逆變器；遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)；節(jié)能

Application of Robicon High-voltage Frequency Converter in the Blast Furnace Production of Qingdao Iron an d Steel Group

YANG Qing ZHANG Wen-wu GAO De-xin WANG Yi—long （1．Department of Computer Engineering，Qingdao Technological University Qindao College，Qingdao 266106； 2．College of Information Science and Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266071； 3．College of Automation and Electronic Engineering，Qingdao University of Science＆Technology，Qingdao 266042）

Abstract：According to the actual situation of iron making in blast furnace in Qingdao Steel，the authors introduce the application of Siemens—Robicon series unit＆ multilevel high-voltage frequency converter in dust blower of 750 m3 blast furnace．with theworking principle of this frequency converter provided．The results of operation show that the application of the frequency converterhas improved the production efficiency and saved energy ．

Keywords：High-vohage Frequency Converteg Scries-unit＆Multi-level Inverter,Remote Monitor and Control System；Energy saving

1引言

青鋼煉鐵廠445m3的3#高爐于2000年建成，現(xiàn)已運(yùn)行8年。鑒于高爐工作時(shí)間較長(zhǎng)，且出鐵過(guò)程中爐口會(huì)排放大量紅棕色煙氣，一方面對(duì)環(huán)境造成污染，另一方面原運(yùn)行方式為電機(jī)工頻運(yùn)行，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門的出口擋板開度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量以滿足煉鐵工藝，大量電能在閥門上白白浪費(fèi)。為解決這個(gè)突出問(wèn)題，降低能源消耗，廠方?jīng)Q定對(duì)新高爐的除塵風(fēng)機(jī)實(shí)施調(diào)速改造。

2 對(duì)高壓變頻器的技術(shù)要求及改造方案

除塵風(fēng)機(jī)是除塵凈化系統(tǒng)的動(dòng)力中樞，一旦除塵風(fēng)機(jī)不能正常運(yùn)行，不但影響生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還有可能威脅到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員的人身安全；另外，調(diào)速系統(tǒng)工作的環(huán)境比較惡劣，同時(shí)高爐又周期性地出鐵。所以，和除塵風(fēng)機(jī)配套的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，要求具有極高的可靠性?；谝陨瞎ぷ魈攸c(diǎn)，對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要技術(shù)要求如下：

1）中文操作界面。

2）具有高可靠性，長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)故障。

3）具有旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可使電機(jī)切換到工頻運(yùn)行。

4）調(diào)速范圍大，效率高。

5）具有邏輯控制能力，可以自動(dòng)按照吹氧周期升降速。

6）具有共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)設(shè)置，能使電機(jī)避開共振點(diǎn)運(yùn)行，讓風(fēng)機(jī)不喘振。

7）具有遠(yuǎn)程上位機(jī)監(jiān)控功能。

經(jīng)過(guò)多方調(diào)研，比較，最后煉鐵廠采用了西門子的羅賓康無(wú)諧波高壓變頻器，制訂改造方案如下：

2.1 設(shè)備配置

系統(tǒng)旁路開關(guān)柜為一拖一手動(dòng)旁路系統(tǒng)f用于變頻，工頻切換）原理是由3個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1，QS2和QS3組成，見(jiàn)圖1。要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開。為了實(shí)現(xiàn)變頻器故障的保護(hù)，變頻器對(duì)用戶開關(guān)QF進(jìn)行連鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開Qr"，要求用戶對(duì)QF的合分閘電路進(jìn)行適當(dāng)改造。工頻旁路時(shí)，變頻器應(yīng)允許QF合閘，撤消對(duì)QF的跳閘信號(hào)，使電機(jī)能正常通過(guò)QF合閘工頻啟動(dòng)。QF：廠方高壓真空斷路器f為變頻器提供6KV高壓電）QS1，QS2，QS3：手動(dòng)隔離刀閘BPQ：HARSVERT—A06／085變頻器M：630KW／6KV異步電動(dòng)機(jī)。

2.2 電機(jī)及風(fēng)機(jī)參數(shù)

電機(jī)參數(shù)

風(fēng)機(jī)參數(shù)

型號(hào)：YKK560—10

額定流量：410000m3/h

額定功率：630KW

主軸轉(zhuǎn)速：595rpm

額定電壓：6KV

軸功率：630KW

額定頻率：50Hz

額定電流：82.9A

額定轉(zhuǎn)速：595rpm

2.3 除塵風(fēng)機(jī)工藝要求

1）出鐵工藝周期除塵風(fēng)機(jī)在不出鐵時(shí)，只需要很低的轉(zhuǎn)速（甚至為零），根本不需要滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。利用高壓變頻器根據(jù)實(shí)際需要對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻運(yùn)行，既保證和改善了工藝，又達(dá)到節(jié)能降耗的目的和效果。整個(gè)出鐵工藝高速時(shí)間約45分鐘，高速定為50Hz（可以調(diào)節(jié)）；低速定為0Hz（可以調(diào)節(jié)）。

2）監(jiān)控和操作采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：變頻器操作可以在本機(jī)控制，也可以遠(yuǎn)程操作。變頻器包括一臺(tái)內(nèi)置的PLC，用于柜體內(nèi)開關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)（如RS48S）的協(xié)調(diào)，并且可以根據(jù)用戶的需要擴(kuò)展控制開關(guān)量，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機(jī)或操作臺(tái)進(jìn)行操作，出鐵時(shí)，變頻器高速運(yùn)行，不出鐵時(shí)，變頻器低速運(yùn)行（甚至不運(yùn)行）?？梢愿鶕?jù)工況需要自由設(shè)定，完全可以滿足工藝要求。

上位機(jī)：可以通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，一方面便于用戶隨時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行情況，另一方面，也利于設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)，故障問(wèn)題可以及時(shí)得到解決。

3 羅賓康無(wú)諧波高壓變頻器原理

無(wú)諧波高壓變頻采用若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出。該變頻器具有對(duì)電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、dr／dr及共模電壓等問(wèn)題的特性，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機(jī)，包括國(guó)產(chǎn)電機(jī)。高壓變頻器的系統(tǒng)圖如下：

6KV電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)副邊多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電，功率單元為三相輸入、單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動(dòng)機(jī)。以6KV輸出電壓等級(jí)為例，每相由6個(gè)額定電壓為630V的功率單元串聯(lián)而成，輸出相電壓達(dá)3780V，線電壓達(dá)6．6KV，每個(gè)功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，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，實(shí)現(xiàn)多重化，以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的。對(duì)于6KV電壓等級(jí)變頻而言，就是36脈沖的整流電路結(jié)構(gòu)，輸入電流波形接近正弦波。由于輸入電流諧波失真很低，變頻器輸入的綜合因數(shù)可達(dá)到0．95以上。下圖為該變頻器的輸入電壓、電流。

逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術(shù)，6KV輸出相當(dāng)于l3電平，輸出電壓非常接近正弦波，dv／dt很小。電平數(shù)的增加有利于改善輸出波形，由諧波引起的電機(jī)發(fā)熱，噪音和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)都大大降低，所以這種變頻器對(duì)電機(jī)沒(méi)有特殊要求，可直接用于普通異步電機(jī)，不需要輸出濾波器。下圖為變頻器輸出電壓電流波形。

與采用高壓器件直接串聯(lián)的變頻器相比，由于不是采用傳統(tǒng)的器件串聯(lián)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓輸出，而是采用整個(gè)功率單元串聯(lián)，器件承受的最高電壓為單元內(nèi)直流母線的電壓，可直接使用低壓功率器件，器件不必串聯(lián)，不存在器件串聯(lián)引起的均壓?jiǎn)栴}。功率單元中采用的低壓IGBT功率模塊，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟可靠。功率單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，同一變頻器內(nèi)的所有功率單元可以互換，維修也非常方便。這一系列變頻器目前正在全世界得到廣泛應(yīng)用。

4 設(shè)備運(yùn)行情況

同原來(lái)老高爐除塵風(fēng)機(jī)比較，引進(jìn)西門子生產(chǎn)的高壓變頻器有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。

2、節(jié)能效果顯著，大大降低了電耗。

3、電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的軟啟動(dòng)，軟停運(yùn)，變頻器提供給電機(jī)的無(wú)諧波干擾的正弦波電流，降低了電機(jī)的故障次數(shù)。同時(shí)，變頻器設(shè)置共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期在共振點(diǎn)運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)工作平穩(wěn)，風(fēng)機(jī)軸承磨損減少，延長(zhǎng)了電機(jī)，風(fēng)機(jī)的使用壽命和維修周期，提高了風(fēng)機(jī)的利用時(shí)率。

4、變頻器自身保護(hù)功能完善，同原來(lái)繼電保護(hù)比較，保護(hù)功能更多，更靈敏，大大加強(qiáng)了對(duì)電機(jī)的保護(hù)。

5、變頻器同現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)無(wú)縫接口，滿足生產(chǎn)的需要。變頻器內(nèi)置PLC，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)接入靈活。變頻器自帶轉(zhuǎn)速和電流測(cè)定，可以為現(xiàn)場(chǎng)直接提供電機(jī)轉(zhuǎn)速及電流指示。

6、適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力強(qiáng)，有時(shí)電網(wǎng)電壓高達(dá)6．6KV，變頻器仍能正常運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

該高壓變頻器在煉鐵廠高爐除塵風(fēng)機(jī)的調(diào)速改造中應(yīng)用是相當(dāng)成功的，取得了相當(dāng)顯著的節(jié)能效果。由于該系列變頻器的先進(jìn)性、可靠性已得到許多工業(yè)應(yīng)用的證實(shí)，所以在許多高壓大功率的輔機(jī)設(shè)備中具有推廣價(jià)值。

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