1引言

近年來，隨著變頻技術和控制技術的發(fā)展，變頻器在風機上的應用也從以節(jié)能為目的，發(fā)展到以提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品產(chǎn)量、質量，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化及環(huán)境保護為目的，成為企業(yè)提高產(chǎn)品市場競爭力的有效手段之一。

在煉鋼廠轉爐吹煉過程中，會排出大量煙塵，含有易燃氣體和金屬顆粒，污染環(huán)境，按我國《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297—1996），對煙塵須冷卻、凈化，由引風機將其排至煙囪放散或輸送到煤氣回收系統(tǒng)中備用。每座轉爐配有1套除塵系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)采用二級文氏管煙塵凈化方式，要求風機在整個煉鋼工作周期內變速運行，吹氧時高速運行，不吹氧時低速運行。除塵風機在煉鋼廠屬主要高耗能設備，其容量一般都是根據(jù)生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的最大負荷條件選擇，但在實際運行中往往比設計要小得多。如果電機不采用變頻調速控制，則流量通常只能通過調節(jié)擋板或閥門控制，其結果是造成很大的能量損耗。采用變頻器將電動機直接進行調速運行，則耗能量將會顯著減少，生產(chǎn)巨大的節(jié)能、環(huán)保效益。下面以某煉鋼廠4#爐除塵風機經(jīng)技術改造采用高壓變頻調速的原理分析。

2系統(tǒng)方案

2．1設備配置

除塵風機電氣系統(tǒng)主回路接線圖如圖l所示，其為一拖一控制，設置工頻／變頻切換柜，以保證除塵風機安全可靠運行。要求可以遠程和本機控制。風機高速運行時，如果變頻器出現(xiàn)嚴重故障，變頻器自動停機。遠程控制時，通過操作臺工頻／變頻旋鈕把電機切換到工頻電網(wǎng)運行，當吹煉周期結束后，檢修變頻器。變頻器檢修完畢后，通過把操作臺工頻／變頻旋鈕打到變頻位置，返回變頻調速狀態(tài)。本機控制時，通過變頻器控制柜工頻／變頻旋鈕把電機切換到工頻電網(wǎng)運行，當吹煉周期結束后，檢修變頻器。變頻器檢修完畢后，通過把變頻器工頻／變頻旋鈕打到變頻位置，返回變頻調速。

2．2．1吹煉工藝周期

如圖2所示：A到B為兌鐵加廢鋼時間，約1min。B到C為風機升速時間，暫定1min，可以調節(jié)。c到D為吹氧時間，約14min。D點風機開始減速，暫定3rain，可以調節(jié)。D到E為倒爐測溫取樣時間，約2rain。E到F為出鋼時間，約2min。F到G為濺渣時問，約3min。整個吹煉工藝周期約26min，其中高速時間（C到D）12min。高速定為45Hz，可以調節(jié)；低速定為20Hz，可以調節(jié)。

2．2．2變頻器和現(xiàn)場接口

在B點，將爐前、爐后和氧氣流量信號送到4#爐電磁站PLC電氣站，通過用戶程序處理后，輸出到繼電器，由繼電器提供一對閉合節(jié)點（繼電器吸合時，變頻器高速運轉；繼電器釋放時，變頻器低速運行），當在爐前操作并有氧流量時，繼電器吸合，變頻器開始從低速向高速升速，在c點現(xiàn)場操作工進行吹煉。在D點，準備出鋼，爐前工轉換開關轉到爐后或沒有吹煉的時間超過15min，繼電器釋放，變頻器開始降速，降速時間不作具體要求，但在減速過程中如果需要提速，變頻器應能滿足提速要求。爐前、爐后和氧氣流量信號組合圖PLC程序如下圖3所示。

程序控制說明：爐前操作吹煉時，接點M20．1和M2．0通，將置位復位觸發(fā)器RS置位，此時Q20．2有輸出，同時由Q20．2輸出驅動中間繼電器，從而由繼電器接點送給合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器高低速信號（繼電器通為高速，斷為低速）；當爐前工轉換開關轉到爐后或沒有吹煉的時間超過15min時，T44或T45或M20．2通，置位復位觸發(fā)器RS復位，Q20．2沒有輸出，繼電器釋放，變頻器降速。

3合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器調速系統(tǒng)

3．1監(jiān)控和操作

當除塵風機不吹煉時，只需要很低的轉速，根本不需要滿負荷運轉。利用合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器根據(jù)實際需要對除塵風機進行變頻運行，既保證和改善了工藝，又達到節(jié)能降耗的目的和效果。

采用高壓變頻調速系統(tǒng)對除塵風機進行高壓變頻改造具體實現(xiàn)過程如下：變頻器操作可以在本機控制，也可以遠程操作。變頻器包括1臺內置的PLC，用于柜體內開關信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號（如RS485）的協(xié)調，并且可以根據(jù)用戶的需要擴展控制開關量，增強系統(tǒng)的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機或操作臺進行操作，吹煉時（B到D），變頻器高速運行，不吹煉時，變頻器低速運行?？梢愿鶕?jù)工況需要自由設定，其完全可以滿足工藝要求。變頻調速風機控制系統(tǒng)如圖4所示。

現(xiàn)場操作人員可以通過上位機或操作臺對變頻器進行遠程操作并監(jiān)控變頻器運行狀態(tài)。

上位機：可以通過上位機進行遠程監(jiān)控，一方面便于用戶隨時了解設備運行情況；另一方面，也利于設備的遠程診斷和維護，故障問題可以及時得到解決。

操作臺：可以通過操作臺對變頻器進行簡單的遠程操作，包括工頻／變頻切換。

3．2高壓變頻調速系統(tǒng)原理

HARSVERT高壓變頻調速系統(tǒng)采用直接“高一高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓撲結構，主體結構由多組功率模塊串并聯(lián)而成，從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出；它對電網(wǎng)諧波污染小，輸入電流諧波畸變小于4，直接滿足IEEE519—1992的諧波抑制標準，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置；輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv／dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，630kW／6kV變頻系統(tǒng)共有21個功率單元，每7個功率單元串連構成一相。其系統(tǒng)結構圖如圖5所示。

3．2．1功率單元

每個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，實現(xiàn)多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的。

單元旁路功能：當某個功率模塊發(fā)生故障時自動旁路運行，變頻裝置不停機，但需降額使用，即在每個功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路，當功率單元故障時，封鎖對應功率單元IGBT的觸發(fā)信號，然后讓旁路SCR導通，保證電機電流能通過，仍形成通路。

為保證三相輸出電壓對稱，在旁路故障功率單元的同時，另外兩相對應的兩個功率單元也同時旁路。對于6kV的變頻器每相由7個功率單元串聯(lián)而成，當每相1個單元被旁路后，每相剩下6個功率單元，輸出最高電壓為額定電壓的859／6，輸出電流仍可達到100，輸出功率仍可達到85左右，對于風機、水泵負載轉速仍可達92以上，基本能維持生產(chǎn)要求，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

3．2．2變壓器柜

主要包括為功率單元供電的移相變壓器，還有輸入側的電壓、電流檢測器件電壓互感器和電流互感器，以及溫度檢測器件溫控器。

3．2．3功率柜

柜內主要對功率單元進行組合，通過每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，得到非常好的PWM波形，dv／dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無需輸出濾波器，輸出電纜長度長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設備的改造；同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉輪的機械應力。柜內還附帶輸出電流和電壓檢測功能。

3．2．4風機

變壓器柜配置6臺冷卻風機，由溫控儀控制其起停，當變壓器負荷增大，運行溫度上升，當繞組溫度達80℃時，系統(tǒng)自動啟動風機冷卻；當繞組溫度低至70℃時，系統(tǒng)自動停止風機。當變壓器繞組溫度繼續(xù)升高，若達到110℃時，系統(tǒng)輸出超溫報警信號；若溫度繼續(xù)上升達130℃，變壓器迅速跳閘。柜體上還設置了溫度顯示系統(tǒng)。功率柜根據(jù)功率大小配置2臺具有世界領先技術，德國進口EBM一后向離心式冷卻風機（裕量大，單臺容量占總排量的50）；如需將熱量直接排至室外，可增設風道。

3．2．5控制柜

控制器核心由高速單片機和工控PC協(xié)同運算實現(xiàn)，精心設計的算法可以保證電機達到最優(yōu)的運行性能。工控PC提供友好的全中文Windows監(jiān)控和操作界面，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡化控制。

控制器還包括一臺內置的PLC，用于柜體內開關信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調，增強了系統(tǒng)的靈活性。

5結語

從以上分析及運行情況來看，在除塵風機采用合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器調速后，由變頻器直接控制電機，通過調速驅動除塵風機，提高傳動效率。電機的電壓、電流明顯下降，電機輸入功率明顯減少。運行工況點明顯改善，風門可以全部打開，完全由轉速調節(jié)流量，對生產(chǎn)操作極為方便、控制精度高、響應速度快、而且合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器調速時間可以任意設定，避免了全負荷啟動時的大電流沖擊，使整個系統(tǒng)工作平穩(wěn)并有利于除塵風機的維護保養(yǎng)，延長使用壽命。節(jié)電率在20～70之間，具有巨大的節(jié)能效益。