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通風除塵_氟系統冷風機配置問題機械百科高壓變頻器在4#除塵風機

???? ??? 在系統中，冷風機的制冷量比機組的制冷量大20%，都可以完成你需要的制冷工況，但是要區別的是廠家提供的計算參數是否真實。這時，傳熱溫差不一定會小，配比和冷風機匹配的膨脹閥，加大制冷劑充注量都可以解決傳熱溫差過小的問題，但回氣過熱的問題絕對存在，不可避免，如果你不能保證回氣在壓縮機允許的范圍內，建議你最好不要使用。 ? 請教：回氣為什么會過熱？冷風機的制冷量大，說明其熱交換量大。小的制冷機組向冷風機提供的冷量小于設計冷量的20%，會出現氟在冷風機中的前半程就完全蒸發完了，繼續吸收冷庫熱量后，導致回氣溫度過高；如果開大膨脹閥并多加氟，會使制冷機組的整體負荷增加，壓縮機的電機會承受不了。因此，我個人認為冷風機不易過大，在大于20%的允許范圍內為宜。相關閱讀:
　　三鋼煉鋼廠原有15t氧氣頂吹轉爐三座，采用“三吹三”方式，轉爐吹煉過程中，爐口會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，煙道直徑Φ1.7m,煙氣輸送管線820mm，風機型號AI850，電機功率630KW/6KV。由于轉爐周期性間斷吹氧，為滿足節能和環保要求,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。 2000年初，煉鋼廠對三座轉爐進行擴容改造，將風機移至地面，采用液力偶合器調速，高速2700r/min（設計2900r/min），低速1200r /min。經過一段時間的運行，發現液力偶合器技術存在著局限性，主要表現在： ●調速范圍在30%～90%之間，轉速不穩定；而且低速1200r/min仍然偏高，造成能源浪費，高速運行時，液力偶合器有時失速，轉爐爐口冒煙； ●液力偶合器需經常更換軸承，造成轉爐停產，不能滿足連續生產的需要。 ●電動機的效率低，損耗大，尤其低速運行時，效率極低； ●調節精度低、線性度差，響應慢； ●啟動電流仍比較大，影響電網穩定； ●液力偶合器故障時，無法切換至工頻旁路運行，必須停機檢修； ●漏油嚴重，對環境污染大，地面被油污蝕嚴重；　　鑒于液力偶合器存在上述眾多問題，因此在2001年，煉鋼新上一座30t轉爐時決定不再使用液力偶合器調速，改用高壓變頻器為新轉爐風機進行調速。 2、高壓變頻器技術要求及改造方案　　除塵風機是除塵凈化系統的動力中樞，一旦除塵風機不能正常運行，不但影響生產，造成巨大的經濟損失，還有可能威脅到現場生產人員的人身安全；另外，調速系統工作的環境比較惡劣；同時轉爐又周期性間斷吹氧；所以，和除塵風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，對變頻調速系統的主要要求如下： ●要求變頻器要有高可靠性，長期運行無故障。 ●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。 ●調速范圍要大，效率要高。 ●具有邏輯控制能力，可以自動按照吹氧周期升降速。 ●有共振點跳轉設置，能使電機避開共振點運行，讓風機不喘震。　　經過多方調研、比較，最后決定采用北京利德華福電氣技術有限公司生產的高壓變頻器，通過雙方技術人員的合作，共同制定了4#轉爐除塵風機的變頻改造方案，改造方案如下： 2.1 設備配置　　KM：變頻器供電的高壓真空斷路器　　KG1、KG2、KG3：高壓變頻器內置真空接觸器，由廠家提供　　BPQ：HARSVERT-A06/076變頻器　　DJ：630KW/6KV異步電動機。　　KM為原有高壓真空開關。　　DJ保留原有異步電機　　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。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，返回變頻調速狀態。 2.2 電機及風機參數 1）電機參數：　　　　　　　　　　　2）風機參數：　　　型號： Y4004-2　　　　　　　　　　　型號：AI850 　　　額定功率： 630KW　　　　　　　　　　進氣容積流量：850m3/min（混合煤氣）　　　額定電壓： 6KV　　　　　　　　　　　壓力增加值： 2600mmH2O 　　　額定頻率： 50Hz　　　　　　　　　　　進氣溫度： 35℃ 　　　額定電流： 73A　　　　　　　　　　　主軸轉速： 2975rpm 　　　額定效率： 92.5% 　　　　　　　　　額定功率因數：0.89 　　　額定轉速： 2970rpm　　　　　　　　　軸功率： 500kw 2.3 除塵風機工藝要求 1）吹煉工藝周期　　A到B為兌鐵加廢鋼時間,約1分鐘。　　B到C為風機升速時間，暫定1分鐘，可以調節。　　C到D為吹氧時間，約14分鐘。　　D點風機開始減速，暫定3分鐘，可以調節。　　D到E為倒爐測溫取樣時間，約2分鐘。　　E到F為出鋼時間，約2分鐘。　　F到G為濺渣時間，約3分鐘。　　整個吹煉工藝周期約26分鐘，其中高速時間（C到D）12分鐘。高速定為45Hz,可以調節；低速定為20Hz,可以調節。 2）變頻器和現場接口　　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15分鐘，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15分鐘時，T44或T45 或M20.2通，置位復位觸發器RS復位，Q20.2沒有輸出，繼電器釋放，變頻器降速。 3）變頻器技術指標　　輸入電壓：三相交流有效值 6.3KV±10% 　　輸入頻率：50±5Hz 　　輸出電壓：三相正弦波電壓0-6KV 　　輸出頻率：0-50Hz 　　頻率分辨率：0.01HZ 　　加速時間：可按工藝要求設定　　減速時問：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：自動檢測，自動定位　　網側功率因素：0.95（高速時）　　過載保護：120%l分鐘（每10分鐘）、150%立即保護　　防護等級：IP20 　　環境溫度：0-40℃ 　　環境濕度：90%,無凝結　　海拔高度：1000米以下 3、高壓變頻器調速系統 3.1 監控和操作　　除塵風機在不吹煉時，只需要很低的轉速，根本不需要滿負荷運轉。利用高壓變頻器根據實際需要對除塵風機進行變頻運行，既保證和改善了工藝，又達到節能降耗的目的和效果。　　采用高壓變頻調速系統對除塵風機進行高壓變頻改造具體實現過程如下：變頻器操作可以在本機控制，也可以遠程操作。變頻器包括一臺內置的PLC，用于柜體內開關信號的邏輯處理，以及與現場各種操作信號和狀態信號（如RS485）的協調，并且可以根據用戶的需要擴展控制開關量，增強了系統的靈活性。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r需要自由設定，完全可以滿足工藝要求。變頻調速風機控制系統圖如下：　　現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控變頻器運行狀態。　　上位機：可以通過上位機進行遠程監控，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 高壓變頻調速系統原理　　HARSVERT高壓變頻調速系統采用直接“高-高”變換形式，為單元串聯多電平拓撲結構，主體結構由多組功率模塊串并聯而成，從而由各組低壓疊加而產生需要的高壓輸出，它對電網諧波污染小，輸入電流諧波畸變小于4%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準，輸入功率因數高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置；輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、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變頻系統共有21個功率單元，每7個功率單元串連構成一相。其系統結構和配置圖如圖（a）、（b）：其系統工作原理如下：（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旁路電路，當功率單元故障時，封鎖對應功率單元IGBT的觸發信號，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85%，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，基本能維持生產要求，大大提高了系統運行的可靠性。（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）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，無須輸出濾波器，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。（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，繞組溫度達80℃時，系統自動啟動風機冷卻；當繞組溫度低至70℃ 時，系統自動停止風機。當變壓器繞組溫度繼續升高，若達到110℃時，系統輸出超溫報警信號；若溫度繼續上升達130℃，變壓器迅速跳閘。柜體上還設置了溫度顯示系統。功率柜根據功率大小配置2臺具有世界領先技術，德國進口EBM－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。（5）控制柜　　控制器核心由高速單片機和工控PC協同運算來實現，精心設計的算法可以保證電機達到最優的運行性能。工控PC提供友好的全中文WINDOWS監控和操作界面，同時可以實現遠程監控和網絡化控制。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，以及與現場各種操作信號和狀態信號（包括 DCS/RS485/Profibus/Modbus/以太網等）的協調，并且可以根據用戶的需要擴展控制開關量，增強了系統的靈活性。 3.3 保護功能　　變頻裝置有過電壓，過電流，欠電壓，缺相，變頻器過載，變頻器過熱，電機過載等保護功能變頻： 1）過載保護。電機額定電流的120%，每10min允許1min（反時限特性），超過則保護。 2）過流保護。電機額定電流的150%，允許3s，超過則立即保護。變頻器輸出電流超過電機額定電流的200%，在10μs內保護。 3）過壓保護。檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果超過額定電壓的115%，則變頻器保護。此保護實際上包括了對電網電壓正向波動的保護。 4）欠壓保護：檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果低于設定的數值，則變頻器先降壓再保護。此保護實際上包括了對電網電壓負向波動的保護。 5）過熱保護。包括兩重保護：在變頻調速系統柜體內設置溫度檢測，當環境溫度超過預先設置的值時，發報警信號；另外，在主要的發熱元件，即整流變壓器和電力電子功率器件上放置溫度檢測，一旦超過極限溫度（變壓器130℃考核、功率器件80℃），則保護。如電機提供溫度接點和溫度模擬信號輸送到 PLC，可進行電機過熱保護。 6）缺相保護。缺相保護設置在每個功率模塊上。當變頻器輸入側掉相或功率模塊的保險熔芯融化時，會發出報警信號并保護。 7）光纖故障保護。當控制器與功率模塊之間的連接光纖出現故障時，會發出報警信號并保護。　　所有故障，均在中文用戶界面上指定故障確切位置，便于用戶采取應對措施。　　變頻裝置有隔離變壓器的各種保護。 4、設備運行情況　　1、運行穩定，安全可靠。原來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，帶來的巨大的經濟損失。HARSVERT- A06/076變頻器具有免維護的特點，只需定期清洗柜門上的通風濾網，不用停機，保證了生產的連續性。從1月4日投入運行以來，一直正常運轉，沒有出現故障。　　2、節能效果顯著，大大降低了噸鋼電耗。　　3、電動機實現了真正的軟啟動、軟停運，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，降低了電機的故障次數。同時，變頻器設置共振點跳轉頻率，避免了風機長期在共振點運行，使風機工作平穩，風機軸承磨損減少，延長了電機、風機的使用壽命和維修周期，提高了風機的利用效率。　　4、變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電機的保護。　　5、變頻器同現場信號無縫接口，滿足生產的需要。變頻器內置PLC，現場信號接入靈活。4#轉爐電磁站PLC電氣站為變頻器提供一對高速/低速節點，變頻器按照節點的狀態自動高速、低速往復運行；變頻器自帶轉速測定，原來同電機相連的測速器也被取消，由變頻器為現場直接提供電機轉速指示。　　6、適應電網電壓波動能力強，有時電網電壓高達6.7KV，變頻器仍能正常運行。　　7、同液力偶合器比較，在加速期間大大減小了噪聲，削弱了噪聲污染。由于不用定期拆換軸承，減少了機油對環境的污染，使風機房的現場環境有了極大改善。 5、節能分析　　4#風機高壓變頻器投入使用以來，運行情況良好，基本達到預期的節能目的。　　風機高速運行（約占三分之二時間）時，由于功率因數的提高，電流降為43A，三分之一時間低速，電流已降到4A左右，以煉鋼廠轉爐變電所電度表（2003年1月10日～2003年2月10日）顯示，當月耗電：20.16萬度，年耗電量可估算為：240.3萬度。　　4#轉爐風機未采用變頻時，運行電流為73A，以煉鋼廠轉爐變電所電度表（2001年12月20日～2002年12月20日）顯示,年耗電量為：541.278萬度。　　根據目前4#除塵風機變頻器的運行來看，可為煉鋼廠多節約用電，具體數據如下：　　1、4#除塵風機高壓變頻器改造前后，今年和去年同期相比，以噸鋼電耗來分析節能數據（單位：度/噸鋼），如表1所示：　　從上表統計數據看，2003年1～5月同2002年1～5月相比較，噸鋼電耗有較大幅度下降，下降達：18.68%，其中很大一塊的節電是由高壓變頻器完成的。　　從表2數據統計看，2003年1～5月同2002年1～5月相比，4#除塵風機共節約用電80.5萬度，平均每月節約用電16.5萬度，年節電量可估算為：16.5×12=198萬度。以電價0.51元/度計算，4#除塵風機年節電總額為：198×0.51=100（萬元） 6、結束語　　從幾個月的運行情況來看，北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A06/076高壓大功率變頻器性能好，可靠性高，節能效果明顯，滿足連續生產對調速系統的要求，我公司在1＃除塵風機中也采用北京利德華福電氣技術有限公司生產的高壓變頻器調速。

國產高壓變頻器在濟鋼第三煉鋼廠除塵風機中的應用

1 引言

隨著市場競爭的不斷加劇，節能降耗成為企業進步產品市場占有率、競爭力的有效手段之一。而高壓大功率變頻調速技術的日益成熟，使得該項技術廣泛應用于冶金、石油、化工、電力等各個行業。濟鋼團體公司第三煉鋼廠10臺除塵風機控制系統目前采用的是直接啟動和液力耦合器調速系統，調速和起動方法仍很落后，浪費了大量的能源且造成機械壽命的降低。在這種形勢下，濟鋼第三煉鋼廠決定對除塵系統進行高壓變頻技術改造，經多方考察研究，首先選用廣州智光公司生產的高壓變頻調速系統對1#精煉除塵風機進行調速節能改造。

2 1#精煉除塵風機設備概況

濟鋼三煉鋼廠1#精煉除塵風機電機為湘潭電機廠生產的1250kW高壓異步電機，機組的主要參數如下:
（1）精煉除塵電機參數
型號：YKK630-6;
功率：1250kW;
電壓：10kV;
電流：87.1A;
轉速：995r/min;
頻率：50Hz；
接法：Y;
防護等級：IP54;
冷卻方式：IC611;
盡緣等級：F；
廠家：湘潭電機廠。

（2）精煉除塵風機工藝參數
型號：Y5-2 48-14NO2LF；
形式：雙吸進離心式；
布置方式:進氣135°/出氣0°;
支撐方式:雙支撐；
處理量：3.7×105m3/h；
全壓：6100Pa（70℃）；
轉速：980r/min；
軸功率：934.7kW（20℃）；
廠家：南通金透風機有限公司。

3 高壓變頻器節能效益分析和產品應用

3.1 應用高壓變頻器節能效益分析

根據風機、泵類平方轉矩負載關系式:P/P0=（n/n0）3計算,（式中為P0額定轉速n0時的功率；P為轉速n時的功率）,1#精煉除塵風機P=1250kW,運行工況以24h連續運行計算，其中天天18h運行在90%負荷（頻率按46Hz計算），6h運行在50%負荷（頻率按25Hz計算）；全年運行時間按照300天計算,則高壓變頻調速時每年節電量為Wb:
高速運行時節電量：Wb1 =1250×18×[1-（46/50）3]×300 =1493375kW?h
低速運行時節電量：Wb2 =1250×6×[1-（25/50）3] ×300 =1968750 kW?h
所以高壓變頻器調速總的節電量為:Wb =Wb1+Wb2 =1493375+1968750 =3462125kW?h

若按0.5元/ kW?h進行計算，則1#精煉除塵風機采用高壓變頻調速后每年節約電費：3462125×0.95×0.5=164萬元。

3.2 目前高壓變頻器產品應用分析

近年來，各種高壓變頻器不斷出現，高壓變頻器到目前為止還沒有像低壓變頻器那樣近乎同一的拓撲結構。根據高壓組成方式可分為直接高壓型和高?低?高型，根占有無中間直流環節來分，可以分為交?交變頻器和交?直?交變頻器，在交?直?交變頻器中，按中間直流濾波環節的不同，可分電壓源型和電流源型。下面將對目前使用較為廣泛的幾種高壓變頻器進行分析，指出各自的優缺點。

電流源型變頻器技術成熟，且可四象限運行，但由于高壓時器件串聯的均壓題目，輸進諧波對電網的影響和輸出諧波對電機的影響等題目，使其應用受到限制。而且變頻器的性能與電機的參數有關，通用性差，電流的諧波成分大，污染和損耗較大，且共模電壓高，對電機的盡緣有影響。AB公司Power Flex 7000系列采用耐壓值為6.5kV的SGCT功率管，最高電壓也僅做到6.6kV。

電壓源型變頻器由于輸出側的dv/dt比較嚴重，需要采用輸出濾波器。由于受到器件耐壓水平的限制，最高電壓只能做到4160V。

單元串聯多電平PWM電壓源型變頻用具有對電網諧波污染小、輸進功率因數高、不必采用輸進諧波濾波器和功率因數補償裝置。輸出波形好，不存在由諧波引起的電動機附加發熱和轉矩脈動、噪聲、輸出dv/dt、共模電壓等題目，可以使用普通的異步電動機。單元串聯多電平變頻器的輸出電壓可以達到10kV，甚至更高。

比較以上三種類型高壓變頻器，由于單元串聯式多電平變頻器的輸進、輸出波形好，對電網的諧波污染小，輸出適用普通電動機，近幾年來發展迅速，在我國得到廣泛應用，尤其在風機水泵等節能領域，幾乎形成壟斷的態勢。在濟鋼第三煉鋼廠1#精煉除塵高壓電機為電壓等級為10kV的普通籠型異步電動機，單元串聯多電平電壓源型變頻器是最合適的選擇。

單元串聯多電平電壓源型變頻器由西門子羅賓康公司發明并申請專利，取名為完美無諧波變頻器。由于羅賓康公司的專利申請僅在美國，在我國該技術屬于公知技術，北京利德華福生產的高壓變頻器也是采用這種結構。除了上述兩家外，國內外有山東新風光、上海艾帕、合康億盛、湖北三環、廣州智光等很多廠家生產該類型變頻器。濟鋼經多方考察、比較、招標，選用了廣州智光公司生產的高壓變頻調速系統。

4 廣州智光ZINVERT高壓變頻調速系統的特點

廣州智光ZINVERT系列高壓變頻調速系統是集當代最先進高壓大功率電力電子控制技術、微電子技術、光電通訊技術、計算機技術、自動化控制技術和高電壓技術等為一體的高新技術產品，為直接高壓輸出型高壓變頻器，其采用功率單元串聯技術，解決了器件耐壓的題目，級間SPWM信號移相疊加，進步了輸出電壓諧波性能、降低了輸出電壓的dv/dt;通過電流多重化技術降低了輸進側諧波，減小了對電網的諧波污染；主控制器采用雙數字信號處理器（DSP）、超大規模集成電路可編程器件（CPLD和FPGA）為核心，配合數據采集、單元控制和光纖通訊回路以及內置的可編程邏輯控制器（PLC）構成系統控制部分。

4.1 智光ZINVERT高壓變頻系統組成與原理

ZINVERT系列高壓變頻調速系統整體結構上由整流變壓器、功率逆變柜及控制柜組成，實際使用時還可以按照用戶要求配套手動或自動工頻旁路切換柜。

4.1.1 整流變壓器

整流變壓器副邊繞組相互隔離，并采用移相延邊三角形接法，保證系統工作再在20%負載以上時電網側的功率因數保持在0.96以上。輸進變壓器實行多重化設計，達到降低諧波電流的目的。輸進功率因數高，不必采用輸進諧波濾波器和功率因數補償裝置。以6kV變頻器為例，變壓器的15個二次繞組，采用延邊三角形聯結，分為5個不同的相位組�；ゲ�12°，形成30脈波二極管整流電路結構，所以理論上29次以下的諧波都可以消除，輸進電流波形接近正弦波�？偟闹C波電流失真可低于1％。

4.1.2 功率單元電氣原理

功率單元主要由三相全橋整流器、濾波電容器組、IGBT逆變橋（H橋）構成，同時還包括功率器件驅動、保護、信號采集、光纖通訊等功能組成的控制電路。通過控制IGBT的工作狀態，輸出PWM電壓波形。其電氣原理如圖1所示。

4.1.3 功率單元的串聯

ZINVERT系列高壓變頻調速系統是由多個功率單元經過移相串聯而成。電壓疊加原理類同于“電池組疊加”技術，以圖2所示的6kV每相六單元串聯為例，每個單元輸出交流電壓有效值為577V，相電壓即達到3450V，線電壓則為6kV，輸出相電壓諧波量很小，接近于標準正弦波。

4,平面式負壓風機.2 智光ZINVERT高壓變頻控制系統

ZINVERT系列高壓變頻調速系統的控制采用開環、壓頻比控制，結構簡單、工作可靠，主控制部分以雙數字信號處理器（DSP）為控制核心，輔以超大規模集成電路可編程邏輯器件（CPLD和FPGA）、模擬輸進和模擬輸出（AI/O）單元、數字量輸出接口（DI/O）。人機界面由大屏幕漢化液晶顯示器（LCD）、數碼管顯示（LED）和觸摸按鍵組成。單元的控制部分以可編程器件（CPLD）為核心，配置專用的IGBT驅動和保護模塊與輸進電壓、輸出電流、直流電壓、器件溫度檢測回路。主控制部分和單元控制部分的控制信號通過光纖進行信號傳輸，有效地避免了電磁干擾，保證了系統控制信號傳輸的可靠性。

4.2.1 控制策略

ZINVERT系列高壓變頻調速系統采用輸出壓頻比控制方式，根據異步電動機的穩態數學模型，只要保證電動機反電動勢和定子頻率比值恒定，就可以使電機運行在額定磁通的情況下，達到效率最優點。同時，在忽略定子電阻和漏感的情況下，電機的反電動勢即是定子端電壓。由于反電動勢難以直接控制，所以在近似的情況下，采取保證電機端電壓和定子頻率比值恒定的策略。ZINVERT系列高壓變頻調速系統在恒壓頻比控制的基礎上，提供兩種類型V/F曲線，兩種基本的V/F曲線如圖3所示。由用戶根據現場情況設置功能參數，選擇合適的V/F曲線，以補償定子電壓，并根據負載類型選擇效率更優的曲線。系統專門設計的單元直流母線檢測回路，能夠實時提供各個單元的直流母線電壓值，及時修正調制系數，進一步進步系統的控制性能。對于風機類負載，這種控制方式提供了足夠高的精度，若采用PID控制頻率，則完全滿足工藝現場對流量、壓力的要求。

4.2.2 掉電再啟動

用戶的高壓動力電源由于母線切換、電網故障等引起的電壓瞬時失電情況是可能出現的。ZINVERT系列高壓變頻調速系統專門設計了掉電再啟動功能，可設置最長等待時間為30s。在電壓恢復正常后，系統可以在0.1～1s內自行再啟動高速旋轉的電機，啟動電流平滑無沖擊，保證用戶負載的持續穩定運行。對于不同的應用場合，用戶根據自身電網公道設置可能最長的等待掉電恢復時間。

4.2.3 工頻旁路功能

當變頻調速系統發生故障停機或對變頻調速系統檢驗時，采用工頻旁路運行方式可進步用戶負載的設備利用率，保證用戶生產連續運行的要求，根據用戶不同需要，具有手動工頻旁路與自動工頻旁路兩種方式可選。

4.2.4 單元旁路功能

ZINVERT系列高壓變頻調速系統的每一個功率單元箱均附帶旁路功能，當某一個功率單元出現故障時，通過控制旁路機構使輸出端子短路可將此單元旁路，從而退出運行狀態。變頻器可降額運行，由此可避免很多場合下停機造成的損失。功率單元旁路技術大大進步了單元串聯多電平變頻器的可靠性，在很大程度上彌補了元器件個數多導致可靠性降低的題目。

5 1#精煉除塵風機高壓變頻器控制系統

5.1 高壓變頻器的選擇

在1#精煉所使用的高壓電機為電壓等級為10kV的普通籠型異步電動機，所以選擇的高壓變頻器是ZINVERT系列10kV的高壓變頻器，型號為ZINVERT-A9H 1500/10YA10，其技術參數如附表所示。

5.2 控制系統方案

為保證在變頻調速系統發生故障停機或對變頻調速系統檢驗時，保證設備連續運行，系統控制方案選擇的是自動工頻旁路方式，其控制原理如圖4所示。

圖中符號意義如下：
KM:為變頻器供電用的高壓真空斷路器；
KJ1、KJ2、KJ3：真空接觸器；
BPQ:ZINVERT-A9H 1500/10YA10變頻器;
DJ:1250kW/10kV異步電動機。
變頻調速系統發生故障停機或對變頻調速系統檢驗時，可以自動斷開KJ1、KJ2，閉合KJ3。這樣，系統能夠自動轉進工頻電網中，負載不用停機，滿足現場不能停機的要求。

6 結束語

濟鋼三煉鋼廠1#精煉除塵風機高壓變頻系統自06年改造以來，系統性能穩定，運行可靠。高壓變頻系統既可滿足生產工藝過程對電機調速控制的要求，又大幅度節約能源，降低了生產本錢。高壓變頻器在濟鋼三煉鋼1#精煉除塵系統的成功應用，不僅對于濟鋼三煉鋼廠下一步除塵系統高壓變頻器改造是一個很好的鑒戒，而且對于其它煉鋼廠的高壓除塵系統改造也是一個很好的鑒戒。

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收錄時間:2011年03月03日 12:03:15 來源:未知作者:


高壓變頻器在燒結廠除塵風機中的應用

1．引言濟鋼始建于1958年，是國內十大鋼廠之一，是全國最大的中厚板生產出口龍頭企業，產品出口比例、中厚板的產量、本錢、市場占有率、出口量等多項指標位居全國前列。濟鋼燒結廠擁有4臺燒結機，年產燒結礦580萬噸。所有原料、成品都經過皮帶運輸機傳送，在運送過程中會產生大量粉塵，這些粉塵會造成環境污染，根據國家法規，需要除塵處理。濟鋼燒結廠的配料電除塵器負責對熔劑破碎系統和配料室的熔劑區的揚塵點進行除塵。由于熔劑破碎系統屬于間歇工作制，配料除塵系統天天大約有70%的時間粉塵濃度高，需要的除塵風量大，另有30%的時間粉塵相對較少，不需要很大的風量。但是現有的系統采取調節風機進口的風門來進行調節風量，風機電機始終滿載運行，這樣就造成了不必要的能源浪費。隨著市場經濟的不斷加劇，節能降耗成為企業進步產品市場占有率、競爭力的有效手段之一。而高壓大功率變頻調速技術的日益成熟，使得該項技術廣泛應用于冶金、石油、化工、電力、水泥、給排水、制藥、造紙、污水處理等各個行業。濟鋼燒結廠正是在這種形勢下，對配料除塵系統進行高壓變頻技術研究改造，經多方考察比較，終極選用山東新風光電子科技發展有限公司生產的高壓變頻調速系統，對配料除塵風機進行調速節能改造。 2．設備概況濟鋼燒結廠配料除塵風機電機為沈陽電機股份有限公司生產的200KW高壓異步電機，機組的主要參數如下：除塵風機參數型號Y4-73 風量145000m3/h 風壓4000Pa 電機參數電機型號YKK3554-6 額定功率200KW 額定電壓6000V 額定電流24A 額定轉速985rpm 3．高壓變頻調速系統改造采用山東新風光電子科技發展有限公司生產的風光牌JD-BP37-240F功率單元串聯多電平高壓大功率變頻器，以下是對風光牌JD-BP37-240F高壓變頻器的一些介紹。 3.1風光牌JD-BP37-240F高壓變頻器主要性能指標變頻器功率240KW 額定輸出電流32A 輸進頻率50HZ±5HZ 額定輸進電壓6KV 答應電壓波動±20% 輸進功率因數≥0.98 輸出頻率范圍0～50HZ 輸出電壓范圍0～6KV 頻率分辨率0.01HZ 加速時間可由用戶生產工藝設定減速時間可由用戶生產工藝設定變頻器效率≥96% 過載能力100%連續160%連續1min220%答應1.5S 防護等級IP20 3.2JD-BP37-240F高壓變頻調速器主要技術性能 3.2.1高??高電壓源型變頻器，直接6KV輸進，直接6KV輸出，無須任何輸出變壓器或濾波器，適配于普通高壓電動機，對電機、電纜盡緣無損害。 3.2.2輸進功率因數高，電流諧波小，無須功率因數補償、諧波抑制裝置。 3.2.3單元電路模塊化設計，維護簡單，互換性好。 3.2.4輸出門路正弦PWM波形。 3.2.5高壓主回路與控制器之間為光纖連接，強弱電隔離，安全可靠。 3.2.6完善的故障檢測，精確的故障保護及正確的定位顯示和報警。 3.2.7內置PLC，易于改變控制邏輯關系，可靈活選擇現場控制/遠程控制，適應現場多變需求。 3.2.8采用載波移相控制技術，大大抑制了輸出電壓的諧波成分，保證輸出波形是完美正弦波。 3.2.9控制電源與高壓電相互獨立，無高壓可以檢測變頻器輸出，便于現場調試以及培訓操縱職員，便于維護。 3.2.10采用準優化SPWM調制技術，電壓利用率高。 3.2.11功率單元經24小時高溫老化、150％負載試驗，可靠性高。 3.2.12中文Windows操縱界面，彩色液晶觸摸屏操縱。用戶操縱監控系統界面十分友好和完善，系統包括上位機（商用PC機）、下位機（工控機）、單片機。其中單片機給用戶提供一個4位LED數碼顯示屏和一個12鍵的小鍵盤操縱平臺，可對變頻器進行全部操縱，包括參數設置和各種運行指令。工控機用觸摸屏和通用鍵盤給用戶提供操縱平臺，其功能更齊全，包括參數設定、功能設定、運行操縱、運行數據打印、故障查詢等等。上位機（商用PC機）放在總控室，可對多臺變頻器進行遠測、遠控。若只有一臺變頻器，上位機可省，或讓客戶自定。 3.2.13可接收和輸出多路產業標準信號。 ,水簾廠家; 3.2.14可打印輸出運行報表。 3.3 高壓變頻調速系統風光牌JD-BP37-240F高壓變頻調速系統采用直接“高-高”變換方式，屬電壓源型，采用功率單元多電平串聯方式，以新型西門子IGBT為主控器件，全數字化控制，彩色液晶觸摸屏控制，以高可靠性、易操縱、高性能為設計目標的優質變頻調速器。它對電網諧波污染小，輸進電流諧波畸變小于1%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準，輸進功率因數高，不必采用輸進諧波濾波器和功率因數補償裝置；輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等題目，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機風光高壓變頻器，采用若干個低壓逆變器功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出，所用的6kv高壓變頻器，變壓器有18組付邊繞組，分為6個功率單元?相，三相共18個單元，采用36脈沖整流，輸進真個諧波成分遠低于國標規定，高壓變頻器系統結構如圖1所示，單元電路的主電路如圖2所示，旁路支路采用可控硅模塊。圖2單元電路主電路　　3.4系統功能　　（1）單元旁路功能　　當某個功率模塊發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旁路電路，當功率單元故障時，封閉對應功率單元IGBT的觸發信號，然后讓旁路SCR導通，保證電機電流通過，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。　�。�2）保護功能　　變頻裝置有過電壓、欠電壓、過電流、缺相、變頻器過載、變頻器過熱、電機過載等保護功能。　�、龠^流保護。電機電流的160%，答應1min,超過則立即保護。　　②過載保護。電機電流的120%，每10min答應1min（反時限特性），超過則保護。　�、蹎卧^壓保護。檢測每個單元的直流母線電壓，假如超過設定的數值，則變頻器進行過壓保護。　�、軉卧穳罕Ｗo。檢測每個單元的直流母線電壓，假如低于設定的數值，則變頻器進行欠壓保護。　�、葑冾l器過熱保護。輸進側整流變壓器和功率單元放置溫度檢測元件，一旦超過溫度極限閥值，則變頻器進行過熱保護。　　⑥缺相保護。缺相分輸進側缺相和輸出側缺相兩種。有相應檢測回路，缺相后則進行相應保護。　　3.5常見題目的處理　　風光牌JD-BP37-240F高壓變頻用具有高度的智能化水平和完善的故障檢測電路，并能對所有故障提供精確的定位，在工控機界面上作出明確的指示。用戶可以根據工控機顯示的故障信息，分別采取相應的處理措施。　　為保證設備的可靠性，使設備最大程度不中斷運行。系統發生下列故障時，按照一般故障處理：變壓器輕度過熱，柜門連鎖故障，單元柜風機故障，工控機故障。對于一般故障的發生，系統不作記憶處理。系統運行時假如發生這類故障，變頻器并不停機保護，只是發出報警信息。在停機狀態下，假如存在這類故障，用戶還能進行啟動等操縱。系統發生下列故障時，按照重故障處理。單元重故障，變壓器嚴重過熱，以上重故障發生后，系統作記憶處理。故障一旦發生,彩鋼瓦車間高溫處理設備，系統報警并自動跳閘停機。只有故障徹底排除后，才能重新開機。 4．系統改造方案濟鋼燒結廠配料除塵風機電機的改造方案主回路如下圖3所示：圖3控制方案接線圖 K0用戶原高壓開關 K1、K2和K3變頻器旁路開關柜高壓隔離開關 BPQJD-BP37-240F高壓變頻器 M高壓電動機變頻器控制配料除塵風機為一拖一控制，旁路開關柜用于工/變頻切換。K1，K2和K3為三個高壓隔離開關，要求K2和K3不能同時閉合，在機械上實現互鎖。K3斷開，K1和K2閉合，風機變頻運行；K1和K2斷開，K3閉合，風機工頻運行。 5．項目實施情況 2005年5月6日，濟鋼與山東新風光電子科技發展有限公司正式簽定變頻器的供貨合同和技術協議。 2005年6月3日，變頻器運抵燒結廠庫房。 2005年8月21日至25日，變頻器本體安裝。 2005年8月26日，變頻器空載調試。 2005年8月27日至28日，變頻器帶載運行調試。 2005年8月29日至9月3日，變頻器試運行。 2005年9月9日，變頻器正式交接，我公司出據驗收報告。 6．現場運行情況與原系統比較，引進山東新風光電子科技發展有限公司生產的高壓變頻器有以下優點：（1）運行穩定，安全可靠。變頻器自正式投運以來，連續無故障運行，只需定期對變頻器除塵處理，不用停機，保證了生產的連續性。（2）可根據生產現場的實際粉塵濃度，通過變頻器調節風機轉速，達到除塵又節能的目的。（3）減少了維護用度。由于對電機實現真正的軟啟動，軟停止，所以對電機、風機、擋板等各種設備以及電網的啟動沖擊大大減少，減少了設備的維護，延長了設備的使用壽命，大大降低了維護本錢。（4）減輕了值班職員的勞動強度。原配料除塵系統有多個可操縱閥門，在工頻運行時，為了調節風量和滿足工藝要求，需經常調節閥門，現場值班職員的操縱繁瑣；變頻改造后，所有閥門始終處于打開位置，需要調節風量時，只需在值班室調節變頻器遠控箱的運行頻率即可，大大減少了現場職員的工作量，進步了工作效率。（5）變頻用具有多項保護功能，十分完善。與原來舊系統相比較，變頻用具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升保護等多項保護功能，更精確地保護了電機。（6）節能效果明顯，大大降低了除塵電耗。為了對除塵系統變頻改造后的效果進行評價，在系統投進正常運行后對設備實際使用和節電情況進行了測定和數據分析。變頻改造前后工況相同，隨機抽取一個正常工作日，將系統切換工頻運行采用閥門調節風量，網側計量耗電量，然后將系統切換變頻運行，計量耗電量，具體數據如下表：通過上表可以得出以下結論：除塵系統在變頻改造后較改造前，一天除塵電耗降低了2376KW•h，節電率高達46％，節能效果明顯。 7．結束語總之，山東新風光電子科技發展有限公司生產的JD-BP37-240F高壓變頻器在我公司燒結廠配料除塵風機上的改造是成功的，它不僅滿足了配料除塵系統生產工藝的要求，節能效果明顯，而且性能穩定，運行可靠。在能源越來越緊張的今天，相信風光高壓變頻器，在更多的行業，會有更好的表現。

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