高壓變頻器在濟鋼燒結(jié)廠除塵風(fēng)機中的應(yīng)用

　　濟鋼始建于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、出口量等多項指標(biāo)位居全國前列。濟鋼燒結(jié)廠擁有4臺燒結(jié)機，年產(chǎn)燒結(jié)礦580萬噸。所有原料、成品都經(jīng)由皮帶運輸機傳送，在運送過程中會產(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)的揚塵點進行除塵。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)機入口的風(fēng)門來進行調(diào)節(jié)風(fēng)量，風(fēng)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(jīng)濟的不斷加劇，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)。濟鋼燒

　　結(jié)廠正是在這種形勢下，對配料除塵系統(tǒng)進行高壓變頻技術(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)機進行調(diào)速節(jié)能改造。

　　2．設(shè)備概況

　　濟鋼燒結(jié)廠配料除塵風(fēng)機電機為沈陽電機股份有限公司生產(chǎn)的200KW高壓異步電機，機組的主要參數(shù)如下：

    除塵風(fēng)機參數(shù)

    型號Y4-73

    風(fēng)量145000m3/h

    風(fēng)壓4000Pa

    電機參數(shù)

    電機型號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)1min220%允許1.5S

    防護等級IP20

    3.2JD-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濾波器，適配于普通高壓電動機，對電機、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)補償、諧波抑制裝置。

    3.2.3單元電路模塊化設(shè)計，維護簡單，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。

    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，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（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(shù)碼顯示屏和一個12鍵的小鍵盤操作平臺，可對變頻器進行全部操作，包括參數(shù)設(shè)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作平臺，其功能更齊全，包括參數(shù)設(shè)定、功能設(shè)定、運行操作、運行數(shù)據(jù)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遙測、遙控。若只有一臺變頻器，上位機可省，或讓客戶自定。

    3.2.13可接收和輸出多路工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號。

    3.2.14可打印輸出運行報表。

    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)補償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出d

    v/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(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。

    ①過流保護。電機電流的160%，允許1min,超過則立即保護。

    ②過載保護。電機電流的120%，每10min允許1min（反時限特性），超過則保護。

    ③單元過壓保護。檢測每個單元的直流母線電壓，如果超過設(shè)定的數(shù)值，則變頻器進行過壓保護。

    ④單元欠壓保護。檢測每個單元的直流母線電壓，如果低于設(shè)定的數(shù)值，則變頻器進行欠壓保護。

    ⑤變頻器過熱保護。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，則變頻器進行過熱保護。

    ⑥缺相保護。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，缺相后則進行相應(yīng)保護。

    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，在工控機界面上作出明確的指示。用戶可以根據(jù)工控機顯示的故障信息，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)機故障，工控機故障。對于一般故障的發(fā)生，系統(tǒng)不作記憶處理。系統(tǒng)運行時如果發(fā)生這類故障，變頻器并不停機保護，只是發(fā)出報警信息。在停機狀態(tài)下，如果存在這類故障，用戶還能進行啟動等操作。

    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。只有故障徹底排除后，才能重新開機。

    4．系統(tǒng)改造方案

    濟鋼燒結(jié)廠配料除塵風(fēng)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(guān)

    K1、K2和K3變頻器旁路開關(guān)柜高壓隔離開關(guān)

    BPQJD-BP37-240F高壓變頻器

    高壓電動機

    變頻器控制配料除塵風(fēng)機為一拖一控制，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，在機械上實現(xiàn)互鎖。K3斷開，K1和K2閉合，風(fēng)機變頻運行；K1和K2斷開，K3閉合，風(fēng)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(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，變頻器帶載運行調(diào)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(jù)驗收報告。

    6．現(xiàn)場運行情況

    與原系統(tǒng)比較，引進山東新風(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：

    （1）運行穩(wěn)定，安全可靠。變頻器自正式投運以來，連續(xù)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(chǎn)的連續(xù)性。

    （2）可根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際粉塵濃度，通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，達到除塵又節(jié)能的目的。

    （3）減少

    了維護費用。由于對電機實現(xiàn)真正的軟啟動，軟停止，所以對電機、風(fēng)機、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，延長了設(shè)備的使用壽命，大大降低了維護成本。

    （4）減輕了值班人員的勞動強度。原配料除塵系統(tǒng)有多個可操作閥門，在工頻運行時，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）變頻器具有多項保護功能，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、溫升保護等多項保護功能，更精確地保護了電機。

    （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行評價，在系統(tǒng)投入正常運行后對設(shè)備實際使用和節(jié)電情況進行了測定和數(shù)據(jù)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(tǒng)切換工頻運行采用閥門調(diào)節(jié)風(fēng)量，網(wǎng)側(cè)計量耗電量，然后將系統(tǒng)切換變頻運行，計量耗電量，具體數(shù)據(jù)如下表：

    通過上表可以得出以下結(jié)論：除塵系統(tǒng)在變頻改造后較改造前，一天除塵電耗降低了2376KW?h，節(jié)電率高達46％，節(jié)能效果顯著。

    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)。