趙云萍（天津天鐵冶金集團煉鐵廠，河北涉縣056404）

0 引言

過去主抽風(fēng)機多采用降壓啟動方式，比較常見的包括水電阻軟啟動及熱變電阻軟啟動。軟啟動方式存在啟動電流較大、無法精準調(diào)節(jié)風(fēng)量和負壓等參數(shù)、對環(huán)境溫度要求高、維護工作量大、不能多次連續(xù)啟動等多種問題。當電機過大時，軟啟動裝置無法提供足夠的啟動轉(zhuǎn)矩來滿足電機的降壓啟動。采用西門子高壓變頻啟動解決了上述問題。同時，在主抽風(fēng)機運行上采用變頻控制，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機速度的平滑調(diào)節(jié)，大幅降低能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。

1 高壓變頻在風(fēng)機上的應(yīng)用

1.1 在風(fēng)機啟動時的應(yīng)用

采用高壓變頻啟動風(fēng)機電機，利用變頻器的特性，可以使電機啟動時對電網(wǎng)的沖擊值達到最小，啟動曲線平滑，同時避免電機啟動時大電流沖擊對電機和風(fēng)機的損壞，使電機、風(fēng)門及風(fēng)機的檢修周期和壽命可延長1/3，減輕維修工作量，減少備件的使用及維修費用，同時起到保護電動機和電網(wǎng)的作用。

1.2 在主抽風(fēng)機運行中的應(yīng)用

通過實時對抽風(fēng)機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對生產(chǎn)中風(fēng)量、負壓的調(diào)節(jié)。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，其主要優(yōu)勢在于：

（1）電機的軸輸出功率可以根據(jù)生產(chǎn)的實際情況隨時調(diào)節(jié)，使電機總是運行在最佳經(jīng)濟點上，電網(wǎng)節(jié)省了大量電能，運行成本大大降低，從而降低了燒結(jié)礦噸耗成本。

（2）完美無諧波高壓變頻采用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出。該變頻器具有對電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、dv/dt及共模電壓等問題的特性；不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，包括國產(chǎn)電機；輸出電壓非常接近正弦波，dv/dt很小。圖1為完美無諧波變頻器輸出的電壓及電流波形。

（3）提高了生產(chǎn)作業(yè)率。使用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量，能夠使調(diào)節(jié)更加精準，整個控制系統(tǒng)故障率極低，提高了產(chǎn)量和質(zhì)量。

1.3 利用變頻器的跳頻功能避開風(fēng)機在喘振區(qū)運行

抽風(fēng)機運行在喘振區(qū)時，不僅經(jīng)常會由于振動超標引起保護性跳閘，而且還會引起嚴重的設(shè)備問題，造成設(shè)備損壞。通過在變頻器中設(shè)立一個特定的頻率段，使變頻器快速的通過該頻率段，避免了風(fēng)機在喘振區(qū)運行并發(fā)生喘振，使設(shè)備運行更加平穩(wěn)，減少了對機械設(shè)備的沖擊。變頻運行使風(fēng)機的運行狀況得到優(yōu)化，大幅度地降低了噪音，提高了機組的穩(wěn)定性。

圖1 完美無諧波變頻器輸出的電壓及電流波形

1.4 變頻器斷電維持功能

主電源瞬時掉電5個周期內(nèi)可滿載運行不跳閘，掉電10s內(nèi)不停機,最大限度地維持運行。變頻器在工作時，可以承受電網(wǎng)電壓波動至65%的影響而不跳機。

1.5 應(yīng)用先進的自動控制模型

風(fēng)量分析模塊：對系統(tǒng)風(fēng)量等實時數(shù)據(jù)進行檢測，并根據(jù)生產(chǎn)實際情況，采用數(shù)據(jù)分析模型對主抽有效風(fēng)量進行計算，確定風(fēng)量需求，并考慮管道及設(shè)備漏風(fēng)情況，確定風(fēng)機總風(fēng)量需求。壓力分析模塊：對系統(tǒng)負壓等實時數(shù)據(jù)進行檢測，根據(jù)生產(chǎn)實際情況，采用數(shù)據(jù)分析模型對燒結(jié)負壓進行計算，并考慮管道及設(shè)備壓降情況，確定風(fēng)機在所需風(fēng)量條件下的負壓需求。燒結(jié)終點分析模塊：對燒結(jié)溫度等實時數(shù)據(jù)進行檢測，并通過對燒結(jié)狀態(tài)的檢測與診斷，得出當前的燒結(jié)終點（BTP）狀態(tài)并做出變化趨勢判斷。風(fēng)機控制模塊：系統(tǒng)對風(fēng)量與負壓需求進行分析，并結(jié)合當前燒結(jié)終點（BTP）狀態(tài)及變化趨勢對變頻器輸出頻率進行修正。由于新一燒為雙風(fēng)機燒結(jié)系統(tǒng)，為避免風(fēng)機的不平衡運行，出現(xiàn)搶風(fēng)現(xiàn)象使系統(tǒng)發(fā)生震蕩和波動，自動對風(fēng)機狀態(tài)進行調(diào)整，使得風(fēng)機工作在平衡運行狀態(tài)。系統(tǒng)監(jiān)控模塊：對整個系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，在發(fā)生故障時進行報警，并記錄故障信息。數(shù)據(jù)存儲模塊：根據(jù)需要記錄各種實時數(shù)據(jù)信息，以供歷史信息查詢及數(shù)據(jù)信息分析。自動控制模型：根據(jù)系統(tǒng)工況對變頻器輸出頻率進行修正，保證對系統(tǒng)風(fēng)量、負壓的控制更為準確。

2 西門子變頻器在燒結(jié)風(fēng)機上采用的啟動方案

燒結(jié)風(fēng)機電機的變頻器采用一拖一方式運行，電動機功率為7 100 kW，2臺；變頻器選用西門子羅賓康高壓變頻器7 200 kW，2臺，型號為：6SR3501-5MJ48-7BF1。10 kV輸入/10 kV輸出驅(qū)動方案，采用空水冷交換器輔助散熱方式，變頻器的發(fā)熱通過該冷卻器冷卻，使得變頻器室內(nèi)空氣不與室外空氣交換，以保證室內(nèi)空氣潔凈，從而保證變頻器可靠運行。

2套變頻器采用了既能自己變頻調(diào)速運行電機，又能分別啟動2臺電機在線定速運行控制模式，如圖2所示。

圖2 天鐵燒結(jié)主抽風(fēng)機變頻系統(tǒng)控制圖

正常狀態(tài)時，1#電動機通過1#變頻器、DSC1斷路器（把電抗器短接）、MBM1斷路器給一號電機供電，這時電抗器不起作用。同理，2#電機通過2#變頻器、DSC2斷路器（把電抗器短接）、MBM2斷路器給二號電機供電。MBI1和MBI2分別為一段電源和二段電源供電開關(guān)。由于電機功率比較大，無論在工頻還是變頻狀態(tài)，一段電源只為1#電機供電，二段電源只為2#電機供電。

當二號變頻器故障時，可用一號變頻器拖動二號電機至工頻運行。工作流程為：通過二段電源、MBC2、變頻器、電抗器、MBM2拖動二號電機啟動；上微機向變頻器發(fā)出請求切換信號后，變頻器加速到工頻率，并自動調(diào)整變頻器的輸出頻率、相位、電壓，直到和電網(wǎng)的頻率、相位、電壓相一致時，MBL2合閘；變頻器收到MBL2合閘信號后，MBM2、MBC2分閘，變頻器停止運行，二號電機工頻啟動完成。

3 燒結(jié)主抽風(fēng)機變頻啟動的應(yīng)用效果

與國內(nèi)其它燒結(jié)主抽風(fēng)機實現(xiàn)在線變頻的系統(tǒng)相比，燒結(jié)風(fēng)機通過合理配置方案，實現(xiàn)了2臺電機在線變頻和2機故障狀態(tài)下能互為備用的功能，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性，具體有以下特點：

（1）新一燒一臺燒結(jié)機供應(yīng)4個高爐所需的燒結(jié)礦。當高爐部分處于檢修、減產(chǎn)或停車時，新一燒經(jīng)常處于不能滿負荷工作的狀態(tài)。這時，通過對變頻器進行調(diào)節(jié)，使燒結(jié)系統(tǒng)風(fēng)機始終運行在最佳經(jīng)濟點的工作狀態(tài)，與目前國內(nèi)其它400平燒結(jié)機主抽風(fēng)機變頻相比，能取得更大的節(jié)能效果。

（2）新一燒使用了異步變頻電動機驅(qū)動主抽風(fēng)機，與目前國內(nèi)其它400平燒結(jié)機所用同步電動機相比，電機成本降低，同時也減少了同步電機所配的勵磁裝置和控制設(shè)備，降低了檢修的難度、工作量及備件費。由于公司電網(wǎng)大型同步機較多，導(dǎo)致電網(wǎng)無功多，使用異步電動機增加負荷所消耗的無功功率，合理的對無功功率進行分配，提高了公司電網(wǎng)系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。

（3）控制系統(tǒng)采用按功能分多級進行管理和控制，通過嚴格的生產(chǎn)管理，將不同層級的工作人員嚴格分工，提高系統(tǒng)的安全性、可靠性以及新一燒自動化控制水平。

4 結(jié)束語

該技術(shù)一次性投入成本比較高，對于舊系統(tǒng)改造一般必須保持使用以前的同步電動機，必須使用勵磁系統(tǒng)，有時還需要考慮老的變頻軟啟動的繼續(xù)使用，與新建系統(tǒng)相比，系統(tǒng)設(shè)計、施工及調(diào)試復(fù)雜。

新一燒主抽風(fēng)機變頻器控制系統(tǒng)實現(xiàn)了中控室的在線變頻運行，取得了顯著效果。以前，主抽風(fēng)機長期運行在50 Hz；改造后，變頻風(fēng)機可以根據(jù)實際需要自動調(diào)整運行轉(zhuǎn)速。根據(jù)現(xiàn)場電表統(tǒng)計計算，每年節(jié)能達36 960 000 kW·h,如果按照0.5元/kW·h計算，可年創(chuàng)經(jīng)濟效益1 848萬元。

該技術(shù)的成功應(yīng)用，既節(jié)省了電能，又簡化了設(shè)計，減少了部分設(shè)備，降低了維護的復(fù)雜度，還可以起到保護電動機和電網(wǎng)的作用，部分技術(shù)可以推廣到第二煉鐵廠主抽風(fēng)機的變頻器改造。該技術(shù)對同類行業(yè)具有廣泛的推廣價值，系統(tǒng)適用性強，在國內(nèi)同行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。