摘要：本文結合高爐煉鐵生產的實際工況，介紹了北京利德華福電氣技術有限公司研製生產單元串聯多電平高壓大功率變頻器在重鋼煉鐵廠750高爐除塵風機中的應用。
關鍵詞：高壓大功率變頻器 單元串聯多電平 遠程監控 節能
The Applying of High Voltage Inverter in the №750 Blast Furnance Product System
Abstract: This thesis introduces the cell cascaded high voltage inverter produced by Beijing Leader & Harvest Electric Technologies Co. Ltd., and its applying in the No750 Blast Furnance product system of Chonggang Ironmaking Factory.
Keywords: High Voltage、Inverter high power 、Multilevel inverter cell cascaded 、Remote supervision 、Energy-saving
一、引言
重鋼煉鐵廠750m3高爐為新建高爐（新高爐）。鑒於原高爐出鐵過程中，爐口會排放大量紅棕色煙氣，一方麵對環境造成汙染；另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)原(yuan)運(yun)行(xing)方(fang)式(shi)為(wei)電(dian)機(ji)工(gong)頻(pin)運(yun)行(xing)，通(tong)過(guo)調(tiao)節(jie)風(feng)門(men)的(de)出(chu)口(kou)擋(dang)板(ban)來(lai)調(tiao)節(jie)風(feng)量(liang)來(lai)滿(man)足(zu)出(chu)鐵(tie)工(gong)藝(yi)，大(da)量(liang)電(dian)源(yuan)在(zai)閥(fa)門(men)上(shang)白(bai)白(bai)浪(lang)費(fei)。為(wei)解(jie)決(jue)該(gai)突(tu)出(chu)問(wen)題(ti)，降(jiang)低(di)損(sun)耗(hao)，我(wo)方(fang)決(jue)定(ding)對(dui)新(xin)高(gao)爐(lu)的(de)除(chu)塵(chen)風(feng)機(ji)進(jin)行(xing)調(tiao)速(su)控(kong)製(zhi)。
二、高壓變頻器技術要求及改造方案：
除(chu)塵(chen)風(feng)機(ji)是(shi)除(chu)塵(chen)淨(jing)化(hua)係(xi)統(tong)的(de)動(dong)力(li)中(zhong)樞(shu)，一(yi)旦(dan)除(chu)塵(chen)風(feng)機(ji)不(bu)能(neng)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)，不(bu)但(dan)影(ying)響(xiang)生(sheng)產(chan)，造(zao)成(cheng)巨(ju)大(da)的(de)經(jing)濟(ji)損(sun)失(shi)，還(hai)有(you)可(ke)能(neng)威(wei)脅(xie)到(dao)現(xian)場(chang)生(sheng)產(chan)人(ren)員(yuan)的(de)人(ren)身(shen)安(an)全(quan)；另外，調速係統工作的環境比較惡劣；同時高爐又周期性間斷出鐵；所以，和除塵風機配套的高壓變頻調速係統，要求具有極高的可靠性。基於以上工作特點，對變頻調速係統的主要要求如下：
1）中文操作界麵。
2）具有高可靠性，長期運行無故障。
3）具有旁路功能，一旦出現故障，可使電機切換到工頻運行。
4）調速範圍大，效率高。
5）具有邏輯控製能力，可以自動按照吹氧周期升降速。
6）具有共振點跳轉設置，能使電機避開共振點運行，讓風機不喘振。
7）具有遠程上位機監控功能。
經過多方調研、比較，最後煉鐵廠同北京利德華福電氣技術有限公司合作，共同製定了750高爐除塵風機的變頻改造方案，改造方案如下：
1、設備配置
係統旁路開關櫃為一拖一手動旁路係統（用於變頻/工頻切換）
原理是由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成（見下圖）。要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。
為了實現變頻器故障的保護，變頻器對用戶開關QF進行連鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF，要求用戶對QF的合分閘電路進行適當改造。工頻旁路時，變頻器應允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。
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QF：廠方高壓真空斷路器（為變頻器提供6KV高壓電）
QS1、QS2、QS3： 手動隔離刀閘
BPQ：HARSVERT-A06/085變頻器
M： 630KW/6KV異步電動機。 |
2、電機及風機參數
| 電機參數 |
風機參數 |
| 型 號： |
YKK560-10 |
額定流量： |
410000m3/h |
| 額定功率： |
630KW |
主軸轉速： |
595rpm |
| 額定電壓： |
6KV |
軸功率： |
630KW |
| 額定頻率： |
50Hz |
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| 額定電流： |
82.9A |
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| 額定轉速： |
595rpm |
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3、除塵風機工藝要求
1)出鐵工藝周期
除塵風機在不出鐵時，隻需要很低的轉速（甚至為零），genbenbuxuyaomanfuheyunzhuan。liyonggaoyabianpinqigenjushijixuyaoduichuchenfengjijinxingbianpinyunxing，jibaozhenghegaishanlegongyi，youdadaojienengjianghaodemudehexiaoguo。
整個出鐵工藝高速時間約45分鍾，高速定為50Hz(可以調節)；低速定為0Hz(可以調節)。
2）監控和操作
采用高壓變頻調速係統對除塵風機進行高壓變頻改造具體實現過程如下：變頻器操作可以在本機控製，也可以遠程操作。變頻器包括一台內置的PLC，用於櫃體內開關信號的邏輯處理，以及與現場各種操作信號和狀態信號（如RS485）的de協xie調tiao，並bing且qie可ke以yi根gen據ju用yong戶hu的de需xu要yao擴kuo展zhan控kong製zhi開kai關guan量liang，增zeng強qiang了le係xi統tong的de靈ling活huo性xing。變bian頻pin器qi也ye可ke由you控kong製zhi室shi的de上shang位wei機ji或huo操cao作zuo台tai進jin行xing操cao作zuo，出chu鐵tie時shi，變bian頻pin器qi高gao速su運yun行xing，不bu出chu鐵tie時shi，變bian頻pin器qi低di速su運yun行xing（甚至不運行）。可以根據工況需要自由設定，完全可以滿足工藝要求。
上位機：可ke以yi通tong過guo上shang位wei機ji進jin行xing遠yuan程cheng監jian控kong，一yi方fang麵mian便bian於yu用yong戶hu隨sui時shi了le解jie設she備bei運yun行xing情qing況kuang，另ling一yi方fang麵mian，也ye利li於yu設she備bei的de遠yuan程cheng診zhen斷duan和he維wei護hu，故gu障zhang問wen題ti可ke以yi及ji時shi得de到dao解jie決jue。
3）變頻器技術指標
| 輸入電壓 |
三相交流有效值 6.0KV±10％ |
| 輸入頻率 |
50±5Hz |
| 輸出電壓 |
三相正弦波電壓0-6KV |
| 輸出頻率 |
0-50Hz |
| 頻率分辨率 |
0.01Hz |
| 加速時間 |
可按工藝要求設定 |
| 減速時間 |
可按工藝要求設定 |
| 頻率設定方式 |
高低兩級速度，可在0-50Hz範圍內調整 |
| 故障診斷及檢測 |
自動檢測，自動定位 |
| 網側功率因數 |
0.95（高速時） |
| 過載保護 |
120％l分種（每10分鍾）、150％立即保護 |
| 防護等級 |
IP20 |
| 環境溫度 |
0-40℃ |
| 環境濕度 |
90%,無凝結 |
| 海拔高度 |
1000米以下 |
三、高壓變頻調速係統原理
HARSVERT係列高壓變頻調速係統采用直接“高-高”變(bian)換(huan)形(xing)式(shi)，為(wei)單(dan)元(yuan)串(chuan)聯(lian)多(duo)電(dian)平(ping)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)，主(zhu)體(ti)結(jie)構(gou)由(you)多(duo)組(zu)功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)串(chuan)並(bing)聯(lian)而(er)成(cheng)，從(cong)而(er)由(you)各(ge)組(zu)低(di)壓(ya)疊(die)加(jia)而(er)產(chan)生(sheng)需(xu)要(yao)的(de)高(gao)壓(ya)輸(shu)出(chu)，它(ta)對(dui)電(dian)網(wang)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)小(xiao)，總(zong)體(ti)諧(xie)波(bo)畸(ji)變(bian)THD小於4%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑製標準，輸入功率因數高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置；輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/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，其工作原理如下：
1、電網電壓經過副邊多重化的隔離變壓器降壓後給功率單元供電，功率單元為三相輸入，單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變結構，相鄰功率單元的輸出端串接起來，形成Y接結構，實現變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。高壓變頻調速係統每相由7個功率單元串聯而成，輸出相電壓最高可達3500V，線電壓達6kV左右，每個功率單元承受全部的電機電流，但隻提供1/7相電壓和1/21的輸出功率。
2、每mei個ge功gong率lv單dan元yuan分fen別bie由you輸shu入ru變bian壓ya器qi的de一yi組zu副fu邊bian供gong電dian，功gong率lv單dan元yuan之zhi間jian及ji變bian壓ya器qi二er次ci繞rao組zu之zhi間jian相xiang互hu絕jue緣yuan，二er次ci繞rao組zu采cai用yong延yan邊bian三san角jiao形xing接jie法fa，實shi現xian多duo重zhong化hua，以yi達da到dao降jiang低di輸shu入ru諧xie波bo電dian流liu的de目mu的de。給gei功gong率lv單dan元yuan供gong電dian的de二er次ci繞rao組zu每mei3個一組，分為7個不同的相位組。輸入電流波形接近正弦波，總的諧波電流失真小於1%，輸入的綜合功率因數可達0.95以上。
3、逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術，同一相的功率單元輸出相同幅值和相位的基波電壓，但串聯各單元的載波之間互相錯開一定的電角度，實現多電平PWM，輸出電壓非常接近正弦波，每個電平台階隻有單元直流母線電壓大小，所以dv/dt很小，功率單元采用較低的開關頻率，以降低開關損耗，提高效率，由於采用移相式PWM，電機電壓的等效開關頻率大大提高，且輸出電平數增加。以6KV輸出電壓等級的高壓變頻調速係統為例，輸出相電壓均為11電平，線電壓均為21電平，輸出等效開關頻率為6kHz，電平數和等效開關頻率的增加有利於改善輸出波形，降低輸出諧波，由諧波引起的電機發熱、噪音和轉矩脈動都大大降低，因此對電機沒有特殊要求，可直接用於普通異步電機。
四、設備運行情況
2003年中我公司向北京利德華福電氣技術有限公司定購了一台高壓變頻器，型號為HARSVERT-A06/085，2003年6月20日變頻器開始安裝就位，6月24日調試完畢，2003年11月9日正式投入使用，我們認為該變頻器的安裝、調試周期都很短，總共僅有5天的時間，為750高爐按時投產提供了有力的保證。
同原來老高爐除塵風機比較，引進北京利德華福電氣技術有限公司生產的高壓變頻器有以下優點：
1、運行穩定，安全可靠。2003年11月正式投產以來至今，連續無故障運行一年多，為750高爐安全可靠生產提供了強有力的保障。HARSVERT-A變頻器具有免維護的特點，隻需定期更換櫃門上的通風濾網，不用停機，保證了生產的連續性。
2、節能效果顯著，大大降低了電耗。
3、電動機實現了真正的軟啟動、軟ruan停ting運yun，變bian頻pin器qi提ti供gong給gei電dian機ji的de無wu諧xie波bo幹gan擾rao的de正zheng弦xian波bo電dian流liu，降jiang低di了le電dian機ji的de故gu障zhang次ci數shu。同tong時shi，變bian頻pin器qi設she置zhi共gong振zhen點dian跳tiao轉zhuan頻pin率lv，避bi免mian了le風feng機ji長chang期qi在zai共gong振zhen點dian運yun行xing，使shi風feng機ji工gong作zuo平ping穩wen，風feng機ji軸zhou承cheng磨mo損sun減jian少shao，延yan長chang了le電dian機ji、風機的使用壽命和維修周期，提高了風機的利用時率。
4、變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電機的保護。
5、變頻器同現場信號無縫接口，滿足生產的需要。變頻器內置PLC，現場信號接入靈活。變頻器自帶轉速和電流測定，可以為現場直接提供電機轉速及電流指示。
6、適應電網電壓波動能力強，有時電網電壓高達6.6KV，變頻器仍能正常運行。
五、節能分析：
1、節能原理
dangcaiyongbianpintiaosushi，keyianxuyaoshengjiangdianjizhuansu，gaibianfengjidexingnengquxian，shifengjideedingcanshumanzugongyiyaoqiu，genjufengjidexiangsidinglv，biansuqianhouliuliang、壓力、功率與轉速之間關係為：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
P1/P2=(n1/n2)3
Q1、H1、P1――風機在n1轉速時的流量、壓力、功率；
Q2、H2、P2――風機在n2轉速時相似工況條件下的流量、壓力、功率。
假如轉速降低一半，即：n2/n1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉速能大大降低軸功率達到節能的目的。
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當采用變頻調速時，50Hz滿載時功率因數為0.96，工作電流比電機額定電流值要低許多，電流降為52A。由於變頻裝置的內濾波電容產生的改善功率因數的作用，可以為電網節約容量20%左右。
3、節能計算
根據變頻器的運行記錄，統計風機在一天中高低速度段的運行時間(風機高速運行時間占40%)，全年工作時製按8600小時計算,得到如下運行數據：
P高速=1.732×6×52×0.96×8600×40%=178.4
P原來=1.732×6×82.9×0.8×8600=592.7
年節電率:(P原來- P高速)÷P原來=69.8%
六、應用高壓變頻調速係統產生的其他效果
改(gai)善(shan)了(le)工(gong)藝(yi)。投(tou)入(ru)變(bian)頻(pin)器(qi)後(hou)除(chu)塵(chen)風(feng)機(ji)可(ke)以(yi)非(fei)常(chang)平(ping)滑(hua)穩(wen)定(ding)的(de)調(tiao)整(zheng)風(feng)量(liang)，運(yun)行(xing)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)自(zi)如(ru)的(de)調(tiao)控(kong)，除(chu)塵(chen)風(feng)機(ji)運(yun)行(xing)參(can)數(shu)得(de)到(dao)了(le)改(gai)善(shan)，提(ti)高(gao)了(le)效(xiao)率(lv)。
延長電機和風機的使用壽命。一般除塵風機均為離心式風機，啟動時間長，啟動電流大（約6～8倍額定電流），duidianjihefengjidejixiechongjilihenda，yanzhongyingxiangqishiyongshouming。ercaiyongbianpintiaosuhou，keyishixianruanqidongheruanzhidong，duidianjijihubuchanshengchongji，kedadayanchangjixiedeshiyongshouming。
減少閥門機械和風機葉輪的磨損。減少了風機振動和軸承磨損。延長風機的大修周期，節省檢修費用和時間。
減jian少shao了le維wei護hu費fei用yong和he檢jian修xiu工gong作zuo量liang。原yuan除chu塵chen風feng機ji在zai運yun行xing過guo程cheng中zhong，經jing常chang造zao成cheng風feng機ji和he電dian機ji的de損sun壞huai，維wei護hu工gong作zuo量liang大da，檢jian修xiu費fei用yong高gao。自zi改gai變bian頻pin調tiao節jie後hou保bao證zheng了le風feng機ji在zai正zheng常chang範fan圍wei內nei運yun行xing。
bianyushixianchuchenkongzhixitongzidonghua。chuchenxitongdefengliangjingchangxuyaogenjugongyideyaoqiubianhua，zaiguoquyongdangbantiaojieshi，cunzaizhixingjigoudekaiduyuliuliangdeguanxiquxiandexianxingwenti。wangwangyouyuzhixingjigoudemosunliangguoda，famentexingfashengbianhua，chuxianfeixianxingwenti，zhishitiaojieguochengshiwu，zidongkongzhixitongwufazhengchanggongzuo。erbianpintiaosushizhongbaochizaixianxinggaojingdu0.1～0.01Hz的範圍內工作，為實現除塵係統的自動化創造優越條件。
七、結束語
HARSVERT-A係列高壓變頻器在重鋼煉鐵廠750高爐除塵風機的調速改造中應用是相當成功的。該係列變頻器的先進性、可ke靠kao性xing已yi得de到dao許xu多duo工gong業ye應ying用yong的de證zheng實shi。在zai各ge行xing各ge業ye，對dui於yu許xu多duo高gao壓ya大da功gong率lv的de輔fu機ji設she備bei推tui廣guang和he采cai用yong高gao壓ya變bian頻pin調tiao速su技ji術shu，不bu僅jin可ke以yi取qu得de相xiang當dang顯xian著zhu的de節jie能neng效xiao果guo，而er且qie也ye得de到dao國guo家jia產chan業ye政zheng策ce的de支zhi持chi。
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