一．引言
福建省三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司前身為福建省三明鋼鐵廠，建于1958年。2000年4月，經(jīng)福建省人民政府批準(zhǔn)改制設(shè)立福建省三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司。歷經(jīng)50多年的發(fā)展，三鋼集團(tuán)已形成年產(chǎn)鋼500萬噸以上規(guī)模和以鋼鐵業(yè)為主、集多元產(chǎn)業(yè)并舉的跨行業(yè)、跨地區(qū)、跨所有制的大型企業(yè)集團(tuán)，是福建省最大的鋼鐵生產(chǎn)基地和化肥生產(chǎn)基地。
二．設(shè)備工藝及變頻調(diào)速系統(tǒng)
高壓除磷泵站是為粗除磷供給高壓水，其作用是用高壓水除去板坯表面的氧化鐵皮，提髙成品板帶的表面質(zhì)量。采用調(diào)節(jié)閥門的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)供水量，過去根據(jù)供水的高低峰進(jìn)行人為調(diào)節(jié)，并且調(diào)節(jié)精度不夠，造成水資源和電能的浪費。因此，改進(jìn)水泵的調(diào)節(jié)方式是降低水泵耗電量的最有效途徑。采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)恒壓供水，節(jié)能效果顯著。
圖 除磷泵現(xiàn)場工藝
現(xiàn)場高壓除磷泵站共2臺泵，一用一備。電機額定電壓：10KV； 額定電流：185A；額定轉(zhuǎn)速：2982r/min；功率因數(shù)：0.9；額定功率：3000KW。采用Harvest-VA10/180型號變頻器。
1.改造前系統(tǒng)存在的問題：
1.1 該機組屬于小流量，大壓力工作機組，電機工頻運行，不噴水時壓力過高，造成能源浪費。
1.2由于流量和壓力的不能調(diào)節(jié)，使水泵不能運行在最佳工況點，管網(wǎng)阻力曲線發(fā)生變化，泵的揚程損失較大，電機的能耗浪費較大，設(shè)備運行不經(jīng)濟(jì)。
1.3電機在工頻電網(wǎng)下依托電網(wǎng)容量軟啟動。 大容量的高壓電機軟啟動會產(chǎn)生巨大的沖擊電流與沖擊轉(zhuǎn)矩，巨大的沖擊電流能夠造成定子繞組絕緣的機械損傷和磨損，從而導(dǎo)致定子絕緣繞組擊穿。直接啟動時的沖擊電流還會引起鐵芯振動，引起電機發(fā)熱，電機的損耗增加。
1.4 原高壓電機以工頻電源驅(qū)動時，電機定速運行，不僅浪費能源，而且會產(chǎn)生“憋泵”現(xiàn)象，對管網(wǎng)造成巨大的危害，無形中增加了維修維護(hù)的費用。.
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2、高壓變頻在此系統(tǒng)上的應(yīng)用
除磷泵采用Harvest-VA系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，其基本原理：采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬于高-高電壓源型變頻器。 變頻器主要由移相變壓器、功率單元和控制器組成：
移相變壓器：電網(wǎng)電壓經(jīng)過干式移相變壓器降壓后給變頻器功率單元供電，變壓器采用移相多重化設(shè)計，以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的。
功率柜： 功率柜為三組輸入、單組輸出的交一直一交電壓源型逆變器結(jié)構(gòu)，功率單元通過整流、逆變過程實現(xiàn)對驅(qū)動電機供電電源的頻率調(diào)節(jié)。變頻器采用8個獨立功率單元串聯(lián)的方式來實現(xiàn)高壓輸出。有利于改善輸出波形，由諧波引起的電機發(fā)熱，噪音和轉(zhuǎn)矩脈動都大大降低，所以這種變頻器對電機沒有特殊要求，可直接用于普通異步電機，不需要輔出濾波器。
控制器：控制器是變頻器的控制中心，它完成變頻器頻率調(diào)節(jié)的全過程控制、變頻器電氣保護(hù)功能實現(xiàn)、以及變頻器的人機交互與通訊接口功能實現(xiàn)。
圖 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)外形圖
圖 變頻器的功率單元示意圖
三．除磷系統(tǒng)改造的實施
1．技術(shù)原理
除磷系統(tǒng)使用的是高壓離心泵，空轉(zhuǎn)時電能消耗較大，一般除磷工作時間只占40~50%，因此如果讓高壓離心泵在整個生產(chǎn)周期中都工作，其大部分時間都會處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，有較多的的電能被浪費掉。采用髙壓變頻調(diào)速控制除磷水泵轉(zhuǎn)速，即根據(jù)除磷系統(tǒng)蓄能器液位(或壓力)調(diào)節(jié)高壓離心泵的轉(zhuǎn)速，當(dāng)蓄能器液位達(dá)到上工作液位或壓力達(dá)到上限時，離心泵降速運行；當(dāng)蓄能器液位達(dá)到下工作液位壓力達(dá)到下限時，離心泵升速運行， 達(dá)到穩(wěn)定控制輸出壓力，保證輸出流量，并達(dá)到節(jié)能的效果，這是帶鋼高壓除磷系統(tǒng)最佳的節(jié)能控制模式。
2．性能指標(biāo)
2.1以多點不間斷連續(xù)測控實時參數(shù)為依據(jù)的恒壓閉環(huán)運行控制方式，實際壓力信號來自于現(xiàn)場信號，變頻器通過調(diào)節(jié)速度，使實際壓力逼近壓力設(shè)置值，以保證系統(tǒng)的壓力恒定。
2.2 避免高壓水除磷系統(tǒng)突然泄壓和突然增壓。
2.3 變頻器上下限頻率的設(shè)定，一定要確保的出水輸出壓力能達(dá)到工藝要求的除磷壓力。
四．冷卻系統(tǒng)
高壓變頻器對運行環(huán)境溫度通常要求在0～40℃，環(huán)境粉塵含量低于950ppm。過高的溫度會造成變頻器溫度過熱保護(hù)而跳閘，粉塵含量過高導(dǎo)致變頻器通風(fēng)濾網(wǎng)更換清洗維護(hù)量過高，增加維護(hù)費用。三鋼中板廠采用BLH-CK系列空－水冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)從根本上解決了單位散熱密度高、功率大，有效提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運營成本的問題。
其主要原理是：將變頻器的熱風(fēng)通過風(fēng)道直接通過空冷裝置進(jìn)行熱交換，由冷卻水直接將變頻器散失的熱量帶走；經(jīng)過降溫的冷風(fēng)排回至室內(nèi)。空冷裝置內(nèi)通過冷水溫度低于33 ℃，即可以保證熱風(fēng)經(jīng)過散熱片后，將變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度控制在40℃以下滿足變頻器對環(huán)境運行的要求。從而，保證了變頻器室內(nèi)良好的運行環(huán)境。冷卻水與循環(huán)風(fēng)完全分離，水管線在變頻室外與高壓設(shè)備明確分離，確保高壓設(shè)備室不會受到漏水、絕緣破壞等安全威脅和事故。
同時，由于房間密閉，變頻器利用室內(nèi)的循環(huán)風(fēng)進(jìn)行設(shè)備冷卻，具有粉塵度低，維護(hù)量小的特點；減少了環(huán)境對變頻器功率柜、控制柜運行穩(wěn)定性的不利影響。
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圖 空-水冷卻系統(tǒng)室內(nèi)引出風(fēng)道
圖 空-水冷卻系統(tǒng)室外冷卻器裝置
四．節(jié)能效果
采用高壓變頻調(diào)速后取消了閥門調(diào)節(jié)，閥門全開，電機負(fù)荷隨水泵負(fù)荷上下波動，節(jié)能一般在20%以上。由流體力學(xué)三定律可知，流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚程與轉(zhuǎn)速平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速立方成正比，從理論上得出轉(zhuǎn)速降10 %的時候，會帶來30 %的功率下降，由于功率的大幅度下降，可獲得顯著的節(jié)電效果。
由于除磷泵的特殊性，現(xiàn)場運行頻率低檔為22HZ，高檔為46HZ，設(shè)備投入運行時間較短，采集不到現(xiàn)場數(shù)據(jù)，理論上分析其節(jié)能效果最少能在25%。
五．總結(jié)
對該系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造后會產(chǎn)生的一些其它影響總結(jié)如下幾個方面：
（1）變頻改造后，實現(xiàn)電機軟啟動，啟動電流小于額定電流值，啟動更平滑。
（2）系統(tǒng)效率得到提高，消除了閥門損失，取得節(jié)能效果。
（3）由于除磷泵采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后，工作特性改變，設(shè)備工況得到改善，延長設(shè)備使用壽命。
（4）除磷泵改變頻后，由于變頻器采用單元串聯(lián)移相技術(shù)，因此在理論上可以消除41次以下諧波。由于實際制造工藝的限制，網(wǎng)側(cè)電壓諧波總含量可以控制在2％以內(nèi)，電流諧波總含量小于4％。
（5）現(xiàn)場運行頻率低檔為22HZ，高檔為46HZ，從低檔到高檔加速時間為8秒，完全滿足工藝要求。
（6）該變頻器為電壓源型結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)可高達(dá)0.95。
三鋼中板廠高壓除磷系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為以后更大功率電機的應(yīng)用提供了良好的應(yīng)用經(jīng)驗，同時也證明了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在矢量控制等方面的技術(shù)成熟，滿足現(xiàn)場工藝的特殊要求。
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