蔣森

1.應(yīng)用高壓變頻器的必要性

現(xiàn)場中的高爐出鐵場除塵風(fēng)機(jī)等高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨生產(chǎn)負(fù)荷變化而變化，只有通過改變風(fēng)門、檔板的開度來調(diào)整，這導(dǎo)致負(fù)載運(yùn)行效率較低，并且有大量能量浪費(fèi)在節(jié)流損失中。即使高爐出鐵場除塵風(fēng)機(jī)使用了液力耦合器調(diào)速，但由于液力耦合器其運(yùn)轉(zhuǎn)效率比較低，維護(hù)工作量大，軸封、軸承等部件經(jīng)常需要更換，致使大量能量以及大量人力、物力的浪費(fèi)。

為了提高高爐出鐵場的生產(chǎn)效率、降低能耗以及系統(tǒng)的綜合可靠性，高爐出鐵場除塵風(fēng)機(jī)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)擬采用全數(shù)字交流高壓變頻器實(shí)施控制。

2.系統(tǒng)方案說明

2.1系統(tǒng)主回路方案

采用手動(dòng)旁路的典型方案。原理是由3個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3和高壓開關(guān)QF、電動(dòng)機(jī)M組成（見左圖）。要求QS2和QS3之間存在機(jī)械互鎖邏輯，不能同時(shí)閉合。變頻運(yùn)行時(shí)，QS3斷開，QS1和QS2閉合；工頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2斷開，QS3閉合。高壓開關(guān)QF、電動(dòng)機(jī)M為現(xiàn)場原有設(shè)備。

在檢修變頻器時(shí)，有明顯斷電點(diǎn)，能夠保證人身安全，同時(shí)也可手動(dòng)使負(fù)載投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行。

改造時(shí)，將高壓變頻器串聯(lián)進(jìn)現(xiàn)有高壓開關(guān)柜與高壓電機(jī)之間，正常工作時(shí)采用變頻回路，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運(yùn)行時(shí)，采用原有的工頻啟動(dòng)方式。

2.2系統(tǒng)控制方案

采用高壓變頻調(diào)速控制后，采用開閉閥門與除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制方式。由于生產(chǎn)工藝的要求，除塵風(fēng)機(jī)需要在煉鐵時(shí)停止除塵，在出鐵時(shí)開始除塵，因此，變頻調(diào)速裝置在煉鐵時(shí)低速運(yùn)行，出鐵時(shí)高速運(yùn)行。當(dāng)所有的出鐵口煙塵撲集罩閥門全部打開時(shí)，風(fēng)機(jī)以最高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，其它情況在保證每一煙罩除塵效果的前提下，根據(jù)煙罩閥門的開、關(guān)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，盡量降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，則可達(dá)到節(jié)約電能的目的。

2.3系統(tǒng)保護(hù)

（1）過載保護(hù)。電機(jī)額定電流的120%，每10分鐘允許1分鐘，超過則保護(hù)。

（2）過流保護(hù)。變頻器輸出電流超過電機(jī)額定電流的150%，3S保護(hù)；額定電流200%，在10微秒內(nèi)保護(hù)。

（3）過壓保護(hù)。檢測每個(gè)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(hù)。此保護(hù)實(shí)際上包括了對電網(wǎng)電壓正向波動(dòng)的保護(hù)。

（4）欠壓保護(hù)。檢測每個(gè)功率模塊的直流母線電壓，如果低于欠壓保護(hù)定值，則變頻器保護(hù)。此保護(hù)實(shí)際上包括了對電網(wǎng)電壓負(fù)向波動(dòng)的保護(hù)。

（5） 過熱保護(hù)。包括兩重保護(hù)：在變頻調(diào)速系統(tǒng)柜體內(nèi)設(shè)置溫度檢測，當(dāng)環(huán)境溫度超過預(yù)先設(shè)置的值時(shí)，發(fā)報(bào)警信號；另外，在主要的發(fā)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，一旦超過極限溫度則保護(hù)。

（6） 缺相保護(hù)。缺相保護(hù)設(shè)置在每個(gè)功率模塊上。當(dāng)變頻器輸入側(cè)掉相系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號，并保護(hù)；功率模塊的保險(xiǎn)熔芯熔斷缺相時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號。

（7） 光纖故障保護(hù)。當(dāng)控制器與功率模塊之間的連接光纖出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)發(fā)出報(bào)警信號并保護(hù)。

（8）變頻裝置有隔離變壓器溫度過熱保護(hù)。

（9）變頻器上口的開關(guān)柜必須按照8-10倍額定電流設(shè)置速斷保護(hù)值，確保躲過激磁涌流。

3.方案應(yīng)用預(yù)期效果

3.1 節(jié)能分析

3.1.1現(xiàn)場工況及負(fù)載技術(shù)數(shù)據(jù)

1）出鐵場除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)

3.1.2 工頻狀態(tài)下的耗電量計(jì)算

Pd：電動(dòng)機(jī)功率 ；Cd：年耗電量值 ； U：電動(dòng)機(jī)輸入電壓 ；I：電動(dòng)機(jī)輸入電流 ；cosφ：功率因子； T：年運(yùn)行時(shí)間；δ：單負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間百分比

電機(jī)耗電功率計(jì)算公式：Pd =×U×I×cosφ …①

累計(jì)年耗電量公式：Cd= T×∑（Pd×δ） …②

根據(jù)計(jì)算公式①②，通過計(jì)算可得出工頻情況下各負(fù)載的耗電量如下：

綜合高速、低速運(yùn)行的時(shí)間，計(jì)算出平均工頻運(yùn)行功率如下：

3.1.3 變頻狀態(tài)下的年耗電量計(jì)算

1） 對于風(fēng)機(jī)負(fù)載（系統(tǒng)變頻改造前有液耦調(diào)速設(shè)備），計(jì)算如下：

因?yàn)椴还苁怯靡厚钫{(diào)速還是變頻調(diào)速，所需要的風(fēng)機(jī)軸功率是相同的，得出公式

③

其中：Pd為液耦時(shí)工頻功耗；Pb為變頻時(shí)功耗；為風(fēng)機(jī)軸功率；為電機(jī)效率；

為液耦效率；為變頻器效率。

由液力耦合器的運(yùn)行特性可知，④

其中：為風(fēng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速。

累計(jì)年耗電量公式：Cb= T×∑（Pb×δ） …⑤

其中：Cb：年耗電量值；為變頻時(shí)功耗；T：年運(yùn)行時(shí)間；δ：單負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間百分比。

根據(jù)計(jì)算公式③④⑤，通過計(jì)算可得出變頻情況下各負(fù)載的耗電量如下：

3.1.4 節(jié)能計(jì)算

年節(jié)電量：ΔC= Cd-Cb …⑥

節(jié)電率=（ΔC/Cd）×100% …⑦

變頻改造后，根據(jù)公式⑥⑦，可計(jì)算出各負(fù)載上變頻后與工頻相比每年的節(jié)電情況如下：

4. 應(yīng)用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的其他效果

4.1 維護(hù)量減少；

采用變頻調(diào)速后，隨時(shí)可以通過調(diào)整轉(zhuǎn)速使系統(tǒng)在接近額定狀態(tài)下工作，由于啟動(dòng)緩慢及轉(zhuǎn)速的降低，相應(yīng)地延長了許多零部件的壽命；同時(shí)極大的減輕了對管道的沖擊，有效延長了管道的檢修周期，減少了檢修維護(hù)開支，節(jié)約大量維護(hù)費(fèi)用。

4.2 工作強(qiáng)度降低；

由于調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備與備用設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制，機(jī)組實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行和相應(yīng)的保護(hù)及故障報(bào)警，操作工作由手動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸O(jiān)控，完全實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的無人操作，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，為優(yōu)化運(yùn)營提供了可靠保證。

4.3 減少了對電網(wǎng)的沖擊；

采用變頻調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流，啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)無大的沖擊。

5.結(jié)論

利用高壓變頻調(diào)速技術(shù)可以改變設(shè)備的運(yùn)行速度，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)現(xiàn)場工況所需風(fēng)壓、風(fēng)量的大小，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，既滿足了生產(chǎn)要求，又達(dá)到了節(jié)約電能，并且減少了因調(diào)節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損以及因經(jīng)常停機(jī)檢修所造成的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)使維護(hù)量大大降低，為冶金企業(yè)可帶來了可觀的效益，切實(shí)響應(yīng)了國家節(jié)能降耗的號召。