高壓變頻器在冶金行業(yè)中的應(yīng)用

        Abstract: This text has introduced the application of the domestic high voltage inverter in the dust removal air blower of sintering plant Jinan Iron and Steel Corporation. The running result indicates that the adoption of high voltage inverter in the dust removal air blower is successful and the effect of saving energy is distinct.
        Key words: High voltage inverter Saving energy

        1．引言

        濟(jì)鋼始建于1958年，是國內(nèi)十大鋼廠之一，是全國最大的中厚板生產(chǎn)出口龍頭企業(yè)，產(chǎn)品出口比例、中厚板的產(chǎn)量、成本、市場占有率、出口量等多項(xiàng)指標(biāo)位居全國前列。濟(jì)鋼燒結(jié)廠擁有4臺燒結(jié)機(jī)，年產(chǎn)燒結(jié)礦580萬噸。所有原料、成品都經(jīng)由皮帶運(yùn)輸機(jī)傳送，在運(yùn)送過程中會產(chǎn)生大量粉塵，這些粉塵會造成環(huán)境污染，根據(jù)國家法規(guī)，需要除塵處理。

        濟(jì)鋼燒結(jié)廠的配料電除塵器負(fù)責(zé)對熔劑破碎系統(tǒng)和配料室的熔劑區(qū)的揚(yáng)塵點(diǎn)進(jìn)行除塵。由于熔劑破碎系統(tǒng)屬于間歇工作制，配料除塵系統(tǒng)每天大約有70% 的時間粉塵濃度高，需要的除塵風(fēng)量大，另有30%的時間粉塵相對較少，不需要很大的風(fēng)量。但是現(xiàn)有的系統(tǒng)采取調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口的風(fēng)門來進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)量，風(fēng)機(jī)電機(jī)始終滿載運(yùn)行，這樣就造成了不必要的能源浪費(fèi)。

        隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷加劇，節(jié)能降耗成為企業(yè)提高產(chǎn)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(diào)速技術(shù)的日益成熟，使得該項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)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(yè)。濟(jì)鋼燒結(jié)廠正是在這種形勢下，對配料除塵系統(tǒng)進(jìn)行高壓變頻技術(shù)研究改造，經(jīng)多方考察比較，最終選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，對配料除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造。

        2．設(shè)備概況

        濟(jì)鋼燒結(jié)廠配料除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)為沈陽電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的200KW高壓異步電機(jī)，機(jī)組的主要參數(shù)如下：
        除塵風(fēng)機(jī)參數(shù)
        型號 Y4-73
        風(fēng)量 145000m3/h
        風(fēng)壓 4000Pa
        電機(jī)參數(shù)
        電機(jī)型號 YKK3554-6
        額定功率 200KW
        額定電壓 6000V
        額定電流 24A
        額定轉(zhuǎn)速 985rpm

        3．高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

        改造采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37-240F功率單元串聯(lián)多電平高壓大功率變頻器，以下是對風(fēng)光牌JD-BP37-240F高壓變頻器的一些介紹。

        3.1風(fēng)光牌JD-BP37-240F高壓變頻器主要性能指標(biāo)
        變頻器功率 240KW
        額定輸出電流 32A
        輸入頻率 50HZ±5HZ
        額定輸入電壓 6KV
        允許電壓波動 ±20%
        輸入功率因數(shù) ≥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(chǎn)工藝設(shè)定
        減速時間 可由用戶生產(chǎn)工藝設(shè)定
        變頻器效率 ≥96%
        過載能力 100%連續(xù) 160%連續(xù)1min 220%允許1.5S
        防護(hù)等級 IP20

        3.2 JD-BP37-240F高壓變頻調(diào)速器主要技術(shù)性能
        3.2.1 高——高電壓源型變頻器，直接6KV輸入，直接6KV輸出，無須任何輸出變壓器或?yàn)V波器，適配于普通高壓電動機(jī)，對電機(jī)、電纜絕緣無損害。
        3.2.2 輸入功率因數(shù)高，電流諧波小，無須功率因數(shù)補(bǔ)償、諧波抑制裝置。
        3.2.3 單元電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡單，互換性好。
        3.2.4 輸出階梯正弦PWM波形。
        3.2.5 高壓主回路與控制器之間為光纖連接，強(qiáng)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(hù)及準(zhǔn)確的定位顯示和報警。
        3.2.7 內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，可靈活選擇現(xiàn)場控制/遠(yuǎn)程控制，適應(yīng)現(xiàn)場多變需求。
        3.2.8 采用載波移相控制技術(shù)，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(dú)立，無高壓可以檢測變頻器輸出，便于現(xiàn)場調(diào)試以及培訓(xùn)操作人員，便于維護(hù)。
        3.2.10 采用準(zhǔn)優(yōu)化SPWM調(diào)制技術(shù)，電壓利用率高。
        3.2.11 功率單元經(jīng)24小時高溫老化、150％負(fù)載試驗(yàn)，可靠性高。
        3.2.12 中文Windows 操作界面，彩色液晶觸摸屏操作。用戶操作監(jiān)控系統(tǒng)界面十分友好和完善，系統(tǒng)包括上位機(jī)（商用PC機(jī)）、下位機(jī)（工控機(jī)）、單片機(jī)。其中單片機(jī)給用戶提供一個4位LED數(shù)碼顯示屏和一個12鍵的小鍵盤操作平臺，可對變頻器進(jìn)行全部操作，包括參數(shù)設(shè)置和各種運(yùn)行指令。工控機(jī)用觸摸屏和通用鍵盤給用戶提供操作平臺，其功能更齊全，包括參數(shù)設(shè)定、功能設(shè)定、運(yùn)行操作、運(yùn)行數(shù)據(jù)打印、故障查詢等等。上位機(jī)（商用PC機(jī)）放在總控室，可對多臺變頻器進(jìn)行遙測、遙控。若只有一臺變頻器，上位機(jī)可省，或讓客戶自定。
        3.2.13 可接收和輸出多路工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號。
        3.2.14 可打印輸出運(yùn)行報表。

        3.3高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)
        風(fēng)光牌JD-BP37-240F高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)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(lián)方式，以新型西門子IGBT為主控器件，全數(shù)字化控制，彩色液晶觸摸屏控制，以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計(jì)目標(biāo)的優(yōu)質(zhì)變頻調(diào)速器。它對電網(wǎng)諧波污染小，輸入電流諧波畸變小于1%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，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(bǔ)償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)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(jī)
        風(fēng)光高壓變頻器，采用若干個低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)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，輸入端的諧波成分遠(yuǎn)低于國標(biāo)規(guī)定 ，高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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1 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 單元電路主電路

        3.4系統(tǒng)功能

        （1）單元旁路功能
        當(dāng)某個功率模塊發(fā)生故障時自動旁路運(yùn)行，變頻裝置不停機(jī)，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(dāng)功率單元故障時，封鎖對應(yīng)功率單元IGBT的觸發(fā)信號，然后讓旁路SCR導(dǎo)通，保證電機(jī)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(yīng)的兩個功率單元也同時旁路。
        （2）保護(hù)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(jī)過載等保護(hù)功能。
        ① 過流保護(hù)。電機(jī)電流的160%，允許1min, 超過則立即保護(hù)。
        ② 過載保護(hù)。電機(jī)電流的120%，每10min允許1min（反時限特性），超過則保護(hù)。
        ③ 單元過壓保護(hù)。檢測每個單元的直流母線電壓，如果超過設(shè)定的數(shù)值，則變頻器進(jìn)行過壓保護(hù)。
        ④ 單元欠壓保護(hù)。檢測每個單元的直流母線電壓，如果低于設(shè)定的數(shù)值，則變頻器進(jìn)行欠壓保護(hù)。
        ⑤ 變頻器過熱保護(hù)。輸入側(cè)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(jìn)行過熱保護(hù)。
        ⑥ 缺相保護(hù)。缺相分輸入側(cè)缺相和輸出側(cè)缺相兩種。有相應(yīng)檢測回路，缺相后則進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)。

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    3.5常見問題的處理
    風(fēng)光牌JD-BP37-240F高壓變頻器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(jī)界面上作出明確的指示。用戶可以根據(jù)工控機(jī)顯示的故障信息，分別采取相應(yīng)的處理措施。

    為保證設(shè)備的可靠性，使設(shè)備最大程度不間斷運(yùn)行。系統(tǒng)發(fā)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(fēng)機(jī)故障，工控機(jī)故障。對于一般故障的發(fā)生，系統(tǒng)不作記憶處理。系統(tǒng)運(yùn)行時如果發(fā)生這類故障，變頻器并不停機(jī)保護(hù)，只是發(fā)出報警信息。在停機(jī)狀態(tài)下，如果存在這類故障，用戶還能進(jìn)行啟動等操作。

    系統(tǒng)發(fā)生下列故障時，按照重故障處理。單元重故障，變壓器嚴(yán)重過熱，以上重故障發(fā)生后，系統(tǒng)作記憶處理。故障一旦發(fā)生，系統(tǒng)報警并自動跳閘停機(jī) 。只有故障徹底排除后，才能重新開機(jī)。

    4．系統(tǒng)改造方案

    濟(jì)鋼燒結(jié)廠配料除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)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(guān)
    K1、K2和K3 變頻器旁路開關(guān)柜高壓隔離開關(guān)
    BPQ JD-BP37-240F高壓變頻器
    M 高壓電動機(jī)
    變頻器控制配料除塵風(fēng)機(jī)為一拖一控制，旁路開關(guān)柜用于工/變頻切換。K1，K2和K3為三個高壓隔離開關(guān)，要求K2和K3不能同時閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。K3斷開，K1和K2閉合，風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行；K1和K2斷開，K3閉合，風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。

    5．項(xiàng)目實(shí)施情況

    2005年5月6日，濟(jì)鋼與山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司正式簽定變頻器的供貨合同和技術(shù)協(xié)議。
    2005年6月3日，變頻器運(yùn)抵燒結(jié)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(diào)試。
    2005年8月27日至28日，變頻器帶載運(yùn)行調(diào)試。
    2005年8月29日至9月3日，變頻器試運(yùn)行。
    2005年9月9日，變頻器正式交接，我公司出據(jù)驗(yàn)收報告。

    6．現(xiàn)場運(yùn)行情況
    與原系統(tǒng)比較，引進(jìn)山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器有以下優(yōu)點(diǎn)：
    （1）運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。變頻器自正式投運(yùn)以來，連續(xù)無故障運(yùn)行，只需定期對變頻器除塵處理，不用停機(jī)，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
    （2）可根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際粉塵濃度，通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到除塵又節(jié)能的目的。
    （3）減少了維護(hù)費(fèi)用。由于對電機(jī)實(shí)現(xiàn)真正的軟啟動，軟停止，所以對電機(jī)、風(fēng)機(jī)、擋板等各種設(shè)備以及電網(wǎng)的啟動沖擊大大減少，減少了設(shè)備的維護(hù)，延長了設(shè)備的使用壽命，大大降低了維護(hù)成本。
    （4）減輕了值班人員的勞動強(qiáng)度。原配料除塵系統(tǒng)有多個可操作閥門，在工頻運(yùn)行時，為了調(diào)節(jié)風(fēng)量和滿足工藝要求，需經(jīng)常調(diào)節(jié)閥門，現(xiàn)場值班人員的操作繁瑣；變頻改造后，所有閥門始終處于打開位置，需要調(diào)節(jié)風(fēng)量時，只需在值班室調(diào)節(jié)變頻器遠(yuǎn)控箱的運(yùn)行頻率即可，大大減少了現(xiàn)場人員的工作量，提高了工作效率。
    （5）變頻器具有多項(xiàng)保護(hù)功能，十分完善。與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升保護(hù)等多項(xiàng)保護(hù)功能，更精確地保護(hù)了電機(jī)。
    （6）節(jié)能效果顯著，大大降低了除塵電耗。為了對除塵系統(tǒng)變頻改造后的效果進(jìn)行評價，在系統(tǒng)投入正常運(yùn)行后對設(shè)備實(shí)際使用和節(jié)電情況進(jìn)行了測定和數(shù)據(jù)分析。變頻改造前后工況相同，隨機(jī)抽取一個正常工作日，將系統(tǒng)切換工頻運(yùn)行采用閥門調(diào)節(jié)風(fēng)量，網(wǎng)側(cè)計(jì)量耗電量，然后將系統(tǒng)切換變頻運(yùn)行，計(jì)量耗電量，具體數(shù)據(jù)如下表：

    7．結(jié)束語

    總之，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-240F高壓變頻器在我公司燒結(jié)廠配料除塵風(fēng)機(jī)上的改造是成功的，它不僅滿足了配料除塵系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，節(jié)能效果顯著，而且性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠。在能源越來越緊張的今天，相信風(fēng)光高壓變頻器，在更多的行業(yè)，會有更好的表現(xiàn)。