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摘 要：本文主要闡述了HARSVERT-A係列高壓變頻器在培燒煙氣淨化引風機控製中的實際應用，簡要說明了其功能和應用效果。
關鍵詞：高壓變頻技術、引風機、節能、諧波
一、前言
在zai現xian代dai大da中zhong型xing工gong礦kuang企qi業ye中zhong，高gao壓ya電dian機ji電dian能neng消xiao耗hao占zhan企qi業ye總zong電dian能neng用yong量liang的de一yi半ban左zuo右you。雖sui然ran低di壓ya變bian頻pin器qi在zai實shi際ji應ying用yong中zhong已yi十shi分fen普pu遍bian，但dan由you於yu高gao壓ya變bian頻pin技ji術shu複fu雜za和he電dian子zi器qi件jian耐nai壓ya限xian製zhi，一yi直zhi製zhi約yue著zhe其qi實shi際ji應ying用yong與yu推tui廣guang普pu及ji。近jin幾ji年nian來lai，隨sui著zhe高gao壓ya變bian頻pin技ji術shu的de日ri趨qu成cheng熟shu和he功gong率lv器qi件jian耐nai壓ya能neng力li的de突tu破po，高gao壓ya變bian頻pin器qi的de應ying用yong趨qu勢shi日ri益yi加jia快kuai，其qi變bian頻pin節jie能neng效xiao果guo也ye更geng加jia顯xian著zhu。
本文以中鋁青海分公司炭素一二期焙燒煙氣淨化係統引風機應用北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A06/100型xing高gao壓ya變bian頻pin器qi實shi施shi變bian頻pin改gai造zao為wei例li，詳xiang細xi闡chan述shu了le國guo產chan高gao壓ya變bian頻pin器qi的de應ying用yong情qing況kuang。其qi成cheng功gong應ying用yong充chong分fen證zheng明ming國guo產chan高gao壓ya變bian頻pin在zai關guan鍵jian技ji術shu上shang已yi經jing取qu得de實shi質zhi性xing進jin展zhan。隨sui著zhe國guo內nei科ke技ji迅xun速su發fa展zhan和he研yan究jiu投tou資zi的de不bu斷duan加jia大da，高gao壓ya變bian頻pin器qi的de研yan製zhi已yi取qu得de了le長chang足zu的de進jin步bu和he發fa展zhan，其qi產chan品pin的de技ji術shu含han量liang和he質zhi量liang已yi趕gan上shang世shi界jie同tong行xing的de水shui平ping，而er且qie價jia格ge低di、性能優越、運行穩定，已贏得國內眾多企業的認可和好評。
二、係統配置
我廠炭素一二期焙燒煙氣淨化係統原來設計為4台三相低壓異步電動機（Y355M-4型，315kW，562A，1476r/min）拖動，在日常生產中通常投運2-3台（1台備用）jiunengmanzubeishaoyanqijinghuaxuyao，yinfengjizhijiantongguoyandaobinglian，qijinghuaxitongfuyashitongguogefengjifenyandaodiefakaibitiaojie，qigegefenyandaodiefakaiduzhinengpingcaozuorenyuanshijijingyanpanduanhekongzhi。lingwai，youyutingyunfenjidiefaxielu，daozhijinghuaxitongwuxiaoxunhuanyanzhong。zhenduizhezhongwenti，2005年，我廠提出了應用高壓風機、變頻調速控製的實施改造方案（如圖1），為提高淨化係統安全、可靠性，設計為一用一備係統。
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| 圖1:焙燒煙氣淨化係統引風機控製配置圖 | 1.拖動設備
高壓異步電動機：YP7560-6型；1000kW；Ve=6300V，Ie=108.95A；ne=994r/min；cosφ=0.876；絕緣等級F級、Y接法、50Hz；熱態時允許啟動1次；冷態時允許啟動2次；蘭州電機有限責任公司製造。
2.離心引風機
型號：Y7-2X36-22F；338600m3/h（風量）；7500Pa（風壓）；ne=990r/min；配套電機1000kW。
3.變頻器結構與原理
2006年5月，我廠焙燒煙氣淨化引風機拖動係統進行了係統的改造和優化，其引風機、拖動電動機均進行了更新。電機拖動係統選用北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A06/100型1000kW高壓變頻器控製，其變頻器主要由移相變壓器、功率逆變單元和控製器等三部分，其結構如圖2所示。
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| 圖2：HARSVERT-A06/100型1000kW高壓變頻器結構圖 | HARSVERT-A係列高壓變頻器采用功率逆變單元串聯多電平技術，為高-高電壓源型，6kV輸入，經變壓器降壓、移相得到中壓，再通過二極管整流、穩壓、IGBT逆變、電源疊加，得到6.3kV高壓交流電源，實現變頻控製目的，其原理如圖3所示。
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| 圖3：6kV高壓變頻器（7組功率模塊串聯）係統結構圖 |
三、HARSVERT-A係列高壓變頻器特點
1.采用功率模塊串聯多電平電壓疊加技術
HARSVERT-A係xi列lie變bian頻pin器qi采cai用yong低di壓ya變bian頻pin器qi串chuan聯lian的de方fang式shi實shi現xian高gao壓ya變bian頻pin控kong製zhi，為wei多duo電dian壓ya源yuan疊die加jia型xing。其qi輸shu入ru側ce采cai用yong移yi相xiang降jiang壓ya型xing變bian壓ya器qi，實shi現xian多duo脈mai衝chong整zheng流liu方fang式shi，其qi產chan生sheng的de諧xie波bo（高、低次）成分低於國際電網供電標準。在負載時，電網側功率因數能達到0.95以上。在輸出側采用多級PWM技術，dv/dt小，諧波少，其功率電路采用標準模塊化設計，更換方便，互換性強，90%的器件均為國產，性能穩定、價格低、易采購，十分適合國內企業高壓設備改造和新建項目選用。
2.功率單元選用低壓IGBT模塊為逆變器件
這種變頻器的功率單元采用低壓IGBT模塊作為逆變器件，與采用高壓IGBT的三電平變頻器比較，雖然功率器件數目較多，但在控製技術、製造工藝等方麵十分成熟。其功率模塊為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控製，可得到單相交流輸出。每個功率模塊結構及電氣性能完全一致，可以互換，其原理結構如圖4所示。
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| 圖4：6kV高壓變頻器功率模塊原理結構圖 | 3.采用高效降壓、移相變壓器
輸入側由降壓、移相變壓器給每組功率模塊供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，根據電壓等級和模塊串聯級數，通常由24、30、42、48maichongxiliedenggouchengduojixiangdiejiadezhengliufangshi，shidianwangcededianliuboxingdedaoxianzhugaishan，buxuyaojinxinggonglvyinshubuchanghuojiazhuangxieboyizhizhuangzhi。youyubianyaqifubianraozudedulixing，shimeigegonglvdanyuandezhuhuiluxiangduiduli，qikongzhijishuleisiyuputongdiyabianpinqi。
4.輸出側結構獨特
輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過各個獨立功率逆變單元的PWM波形重組、疊加，以獲得階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，對輸出電纜、電機絕緣無損壞，可直接驅動普通高壓異步電機；另(ling)外(wai)，由(you)於(yu)輸(shu)出(chu)側(ce)諧(xie)波(bo)成(cheng)分(fen)小(xiao)，不(bu)需(xu)要(yao)加(jia)裝(zhuang)濾(lv)波(bo)器(qi)，輸(shu)出(chu)電(dian)纜(lan)可(ke)大(da)幅(fu)延(yan)長(chang)。因(yin)電(dian)機(ji)諧(xie)波(bo)損(sun)耗(hao)顯(xian)著(zhu)減(jian)少(shao)，能(neng)較(jiao)好(hao)地(di)消(xiao)除(chu)負(fu)載(zai)機(ji)械(xie)軸(zhou)承(cheng)和(he)葉(ye)片(pian)振(zhen)動(dong)現(xian)象(xiang)。在(zai)運(yun)行(xing)中(zhong)，若(ruo)當(dang)某(mou)組(zu)逆(ni)變(bian)功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)工(gong)作(zuo)異(yi)常(chang)或(huo)故(gu)障(zhang)時(shi)，通(tong)過(guo)調(tiao)整(zheng)觸(chu)發(fa)控(kong)製(zhi)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)，使(shi)該(gai)組(zu)模(mo)塊(kuai)輸(shu)出(chu)短(duan)路(lu)，將(jiang)故(gu)障(zhang)單(dan)元(yuan)旁(pang)路(lu)退(tui)出(chu)係(xi)統(tong)。這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，隻(zhi)要(yao)使(shi)變(bian)頻(pin)器(qi)降(jiang)額(e)運(yun)行(xing)即(ji)可(ke)。因(yin)此(ci)，可(ke)大(da)幅(fu)減(jian)少(shao)設(she)備(bei)的(de)異(yi)常(chang)停(ting)機(ji)和(he)係(xi)統(tong)頻(pin)繁(fan)停(ting)、啟現象。
5.應用高速CPU控製器
變頻控製器由高速單片機處理器、人機操作界麵和PLC等電路構成，其人機操作方式為標準操作麵板界麵。單片機實現PWM控製，人機操作界麵能很方便地實現高壓變頻調速裝置與實際操作人員信息交流、監控信號傳輸等工作，其友好的全中文、模擬畫麵能實時再現整個係統各項運行狀態參數，並具有使用方便、快捷、遠程監控和網絡化控製功能。PLC的應用很好地實現了係統開關信號的邏輯處理、多級保護措施的實施，大幅提升設備的保護、互鎖等安全等級。
通過光纖通訊技術實現控製器與功率單元之間的信號交換，可靠、安全地使低壓部分和高壓部分得到隔離，故係統具有相當高的安全性和抗電磁幹擾性能。
6.控製方式先進
HARSVERT-A高壓變頻調速係統通常采用異地遠程控製，其變頻器的頻率設定可通過外部監控上位計算機給定（也可通過櫃體操作麵板），如主界麵的加減速鍵或“頻率設定”設置運行頻率（如圖5所示）；也可用外部模擬信號直接給定，我廠一期淨化2台風機就采用這種方式控製。由於變頻器控製係統設有PID調節功能，可很好地實現給定頻率升、降調速變化的平滑性和均勻性。變頻器啟動後運行於設定頻率（可選擇開環或閉環控製）。其實時狀態監控、啟動、停車、急停、複位、運行頻率設定、參數刷新、故障記錄查看等控製操作，均通過上位機完成。一台微機可實現多台變頻器操作、監控任務。
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| 圖5：我廠二期淨化高壓變頻器頻率設定、參數監控界麵 | 7.控製功能齊全
HARSVERT-A係列變頻器具有許多功能：其有關各項參數采用中文提示、整體備份和恢複；係統設有兩段頻率躲避區，可回避風機在某一頻率段（或點）工作時出現的共振、chuanzhendengxianxiang，genjubutongfuzaiqidongxuyao，xitongsheyoubutongdezhuanjutishengkongzhi。zhongduanjiankongxitongsheyouguzhangdingweihezhaxungongneng，yichanghuoqingweiguzhangshihuizaizhujiemianshishitigongbaojingxinxi。jiaodaguzhangfashengshi，xitonghuizidongdanchuguzhangjiemian，zhijiexianshiguzhangweizhihemingcheng。weixiurenyuanketongguoguzhangjiemianzhaxunguzhanglishixinxi，xitongsheyouboxingxianshigongneng，zhakanyunxingzhongdeboxingzhiliang，kejishitiaozhengxitonggonglvyinshu。sheyouyunxingshujuzidongjilugongneng，bianpinqiyunxingshigexiangcanshubaokuogeidingpinlv、電機轉速、輸入電流、輸出電流、輸入電壓、輸出電壓、係統狀態操作等信息自動記錄、存貯（如圖6所示）；係統自診斷功能，其內核能自動檢測核心主控製器、可編程序邏輯PLC及上位機等當前的狀態，輔助分析各控製器間的通訊情況。
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| 圖6：運行數據記錄顯示 | 8.係統散熱設計合理
HARSVERT-A係列變頻器的熱量損耗主要包括變壓器櫃和功率櫃兩部分。變壓器采用H級幹式變壓器標準設計，絕緣材料能夠耐受180℃的高溫，其冷卻係統采用增加櫃頂風機提高變壓器櫃的冷卻風量來達到降低設備自身溫度，在45℃環境溫度下，變壓器工作允許溫度可達110℃。如我廠夏季最高氣溫為31℃，在自然通風的室內，環境溫度為19℃左右，當風機負荷達到96%時，較長時間（4-8小時）運行後，其變壓器線圈溫度隻有42℃，這遠遠低於設計要求。因而在高海拔地區，高壓變頻器不需要考慮降容使用問題。
功率櫃也是變頻器運行中發熱體之一。功率器件IGBT的最大允許運行溫度（外殼溫度）不允許超過85℃，過高的溫升會導致管壓降加大、熱損耗增加，形成惡性循環引起器件內熱量累積，導致因溫度過高而燒毀。故功率器件的散熱關係到係統的安全可靠性問題。HARSVERT-A係列變頻器選用先進的功耗最小的功率器件，利用器件並聯的方式將熱量分散、增大有效散熱麵積，解決了多器件內熱量積累問題。其次選用熱傳導特性好、導熱率高的新型冷板釺焊散熱器，進一步提高了散熱效果。此外櫃體設計為柵格濾網罩，采用透氣性好、韌度高的新型過濾合成絲綿，以降低進風風阻，采用冷卻風機冗餘設計。
四、運行效果
自2005年8月，我廠一期2台焙燒淨化引風機高壓變頻改造投運以來，經過3年多的長期、連(lian)續(xu)運(yun)行(xing)結(jie)果(guo)，其(qi)運(yun)行(xing)狀(zhuang)況(kuang)良(liang)好(hao)，工(gong)作(zuo)穩(wen)定(ding)，節(jie)電(dian)顯(xian)著(zhu)，完(wan)全(quan)達(da)到(dao)了(le)改(gai)造(zao)預(yu)期(qi)目(mu)標(biao)，完(wan)全(quan)滿(man)足(zu)焙(bei)燒(shao)煙(yan)氣(qi)淨(jing)化(hua)工(gong)藝(yi)控(kong)製(zhi)需(xu)求(qiu)，大(da)幅(fu)提(ti)高(gao)了(le)淨(jing)化(hua)效(xiao)果(guo)，因(yin)連(lian)續(xu)多(duo)年(nian)排(pai)汙(wu)不(bu)超(chao)標(biao)，得(de)到(dao)了(le)分(fen)公(gong)司(si)和(he)地(di)方(fang)環(huan)保(bao)部(bu)門(men)的(de)獎(jiang)勵(li)。根(gen)據(ju)我(wo)廠(chang)每(mei)月(yue)電(dian)耗(hao)統(tong)計(ji)，焙(bei)燒(shao)煙(yan)氣(qi)淨(jing)化(hua)月(yue)電(dian)耗(hao)降(jiang)低(di)19%左右。我廠一期焙燒煙氣淨化風機變頻改造後的係統運行實際參數如下表所示。
附表：變頻調速控製風機後的淨化係統工作參數（一期係統）
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序號 |
焙燒爐數 |
煙道負壓要求（Pa) |
工作頻率（Hz） |
電? 流（A） |
淨化效果 |
備注 |
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1 |
1個係統 |
960―1020 |
19 |
26 |
達標 |
1.連續工作製；2.焙燒係統共104個爐室。 |
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2 |
2個係統 |
1000―1100 |
24 |
34 |
達標 |
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3 |
3個係統 |
1050―1150 |
27 |
41 |
達標 |
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4 |
4個係統 |
1100―1200 |
31 |
47 |
達標 |
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5 |
5個係統 |
1160―1250 |
35 |
52 |
達標 |
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6 |
6個係統 |
1200―1130 |
38 |
58 |
達標 |
五、結束語
應用HARSVERT-A型1000kW高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)實(shi)施(shi)焙(bei)燒(shao)煙(yan)氣(qi)淨(jing)化(hua)係(xi)統(tong)風(feng)機(ji)拖(tuo)動(dong)係(xi)統(tong)改(gai)造(zao)，優(you)化(hua)了(le)煙(yan)氣(qi)淨(jing)化(hua)係(xi)統(tong)的(de)工(gong)作(zuo)性(xing)能(neng)，提(ti)高(gao)了(le)煙(yan)氣(qi)淨(jing)化(hua)係(xi)統(tong)工(gong)藝(yi)效(xiao)果(guo)，大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)了(le)係(xi)統(tong)電(dian)能(neng)消(xiao)耗(hao)；據統計，由於淨化係統風壓、流量的方便可調，其焙燒天然氣的消耗較改造前降低19m3/t；淨化係統總耗電減少13.7餘萬kW?h/月。實踐證明，國產高壓變頻器控製技術和設計製造能力已十分成熟，可與進口同類產品抗衡，其價格隻有同類進口產品的1/3，且具有備件易采購、維修及時、售後服務便利等優點，完全避免了進口變頻器維修困難的問題。
參考文獻：
[1] HARSVERT-A係列高壓變頻器操作使用說明手冊 北京利德華福電氣技術有限公司編寫，2005.1
[2] Power Smart TM 係列高壓大功率變頻調速裝置使用手冊，2006.8
作者簡介：
韓敏（1967.10-），男，高級工程師，在鋁電解、炭素從事多年設備維修和技術改造工作，現從事設備狀態檢測工作。
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