北京利德華福電氣技術有限公司　供稿

 

摘  要：本文介紹了河北鋼鐵集團舞鋼公司一煉鋼廠3#LF電爐的增壓風機采用北京利德華福高壓變頻調速技術的理論依據及其調速係統的設計，高壓變頻調速在使用中應注意的一些技術問題
，以及產生的較好運行效果和顯著經濟效益。

關鍵詞：高壓變頻器   增壓風機   調速技術

 

【中圖分類號】TN86       【文獻標識碼】B       文章編號1561-0330（2012）03-0000-00

 

 

眾所周知，鋼鐵企業是耗能大戶,而舞鋼公司長期以來都非常重視高耗能用電設備的節能工作。尤其是對除塵風機這種用電量大的設備，更是從設計、安裝、使用等方麵考慮其節能問題，因為除塵風機的電耗約為噸鋼20.5kWh
，煉鋼的動力電耗約為噸鋼6.8 kWh
，除塵電耗約占煉鋼用電的75%。因此，舞鋼公司在為3#LF電爐安裝除塵增壓風機時選擇使用高壓變頻調速技術。  

 

2增壓風機采用高壓變頻調速技術的理論依據  

 

經(jing)過(guo)舞(wu)鋼(gang)公(gong)司(si)多(duo)位(wei)設(she)備(bei)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)的(de)論(lun)證(zheng)，認(ren)為(wei)對(dui)除(chu)塵(chen)風(feng)機(ji)的(de)高(gao)壓(ya)電(dian)機(ji)進(jin)行(xing)有(you)效(xiao)的(de)調(tiao)速(su)控(kong)製(zhi)，是(shi)節(jie)約(yue)除(chu)塵(chen)風(feng)機(ji)用(yong)電(dian)的(de)最(zui)佳(jia)途(tu)徑(jing)。因(yin)為(wei)
，由(you)流(liu)體(ti)力(li)學(xue)的(de)基(ji)本(ben)定(ding)律(lv)可(ke)知(zhi)，使(shi)用(yong)三(san)相(xiang)異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)驅(qu)動(dong)的(de)風(feng)機(ji)負(fu)載(zai)屬(shu)於(yu)平(ping)方(fang)轉(zhuan)矩(ju)負(fu)載(zai)
，其(qi)轉(zhuan)速(su)n與風量Q、壓力H以及軸功率P具有如下關係：風量Q與轉速n成正比，壓力H與轉速n的平方成正比
，軸功率P與轉速n的立方成正比；而er電dian機ji的de轉zhuan速su與yu電dian源yuan的de頻pin率lv成cheng正zheng比bi，通tong過guo高gao壓ya變bian頻pin器qi來lai改gai變bian電dian源yuan輸shu出chu的de頻pin率lv
，從cong而er調tiao節jie電dian機ji的de轉zhuan速su
，實shi現xian風feng機ji的de平ping滑hua無wu極ji調tiao速su。離li心xin式shi風feng機ji在zai變bian速su調tiao節jie的de過guo程cheng中zhong，如ru果guo不bu考kao慮lv管guan道dao係xi統tong阻zu力li的de影ying響xiang，且qie壓ya力liH與風量Q成平方規律的變化，則風機的效率可保持在最高效率的85%左右。

 

例如當需要風量為風機額定風量的60%時
，通過調節電機的轉速至其額定轉速的60%
，即通過高壓變頻器調節電源頻率至額定頻率的60%（30Hz）即可，這時所需要的軸功率將降至為原來的30%以下，而風機的效率則基本保持在最高效率的85%左右。這樣即使考慮高壓變頻調速裝置本身的損耗等因素，其節電效果也是很明顯的。

 

如ru果guo采cai用yong調tiao節jie風feng門men開kai度du的de方fang式shi來lai控kong製zhi風feng量liang，則ze在zai係xi統tong設she計ji時shi必bi須xu以yi最zui大da的de負fu荷he量liang配pei置zhi電dian機ji額e定ding功gong率lv

，而er在zai實shi際ji生sheng產chan中zhong很hen少shao能neng夠gou達da到dao滿man負fu荷he運yun行xing，且qie在zai液ye力li耦ou合he器qi調tiao速su至zhi900r/min時，風機的控製擋板開度隻有40%,有50%以yi上shang的de功gong率lv消xiao耗hao在zai擋dang板ban調tiao節jie閥fa門men和he液ye力li耦ou合he器qi上shang。這zhe樣yang造zao成cheng了le電dian能neng的de大da量liang浪lang費fei
，且qie直zhi接jie起qi動dong時shi，會hui造zao成cheng電dian網wang波bo動dong嚴yan重zhong和he機ji械xie衝chong擊ji較jiao大da，影ying響xiang著zhe係xi統tong的de運yun行xing可ke靠kao性xing和he設she備bei壽shou命ming。

 

 

 

北京利德華福高壓變頻器采用性能優良、技術成熟、安全可靠的完美無諧波功率單元串聯多電平技術。由電網送來的三相6kV交流電經過隔離移相變壓器變為21組440V分別供給21個功率單元，每相上的7個功率單元輸出的單相SPWM波相疊加後，采用Y形連接，將形成線電壓為6kV的(de)高(gao)質(zhi)量(liang)的(de)正(zheng)弦(xian)波(bo)輸(shu)出(chu)供(gong)給(gei)高(gao)壓(ya)異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)驅(qu)動(dong)風(feng)機(ji)。主(zhu)控(kong)櫃(gui)和(he)功(gong)率(lv)櫃(gui)之(zhi)間(jian)采(cai)用(yong)光(guang)纖(xian)隔(ge)離(li)技(ji)術(shu)，防(fang)止(zhi)了(le)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)
，做(zuo)到(dao)了(le)高(gao)壓(ya)與(yu)低(di)壓(ya)的(de)完(wan)全(quan)隔(ge)離(li)，具(ju)有(you)極(ji)高(gao)的(de)安(an)全(quan)性(xing)。功(gong)率(lv)單(dan)元(yuan)采(cai)用(yong)交(jiao)-直-交變頻技術，單相輸出，IGBT元件采用先進高效的熱管散熱技術，大大提高了的工作可靠性。高壓變頻器係統結構原理圖如圖1所示。

 

圖1 高壓變頻器係統結構原理圖

 

現場設備參數如下：高壓變頻器參數：額定容量 350kVA、主變壓器類型：幹式移相變壓器容量400kVA，變比6kV/21×440V，輸入電壓 6000V+15%-30%


，高壓電網頻率50~60Hz，輸出電壓0~6000V，輸出頻率0~50Hz
，調速範圍0~1000r/min，輸出電壓諧波含量<4%，功率因數96%，過載能力150%（3s）
，效率96%，控製櫃與功率單元的傳輸：光纖傳輸,冷卻方式為超導熱管強製冷卻，工作環境
，溫度-20°C~+45°C；電機參數：額定電壓6kV，額定功率280kW，額定電流35.2A
，額定轉速988r/m
，功率因數82%。

 

 

增壓風機的高壓變頻調速係統屬於高-高電壓源型變頻器，直接6kV高壓輸入，直接6kV高壓輸出。變頻器主要由高壓開關櫃、移相變壓器櫃、功率模塊櫃和控製器櫃共4部分組成
，如圖2所示。

                   

圖2 高壓開關櫃

 

圖2中QF為帶綜合繼保的高壓斷路器，QS1
、QS2、QS3采用手動隔離開關，電機可以實現手動旁路。如果QS1
、QS2閉合，QS3斷開時
，電機可由變頻器控製調速運行；如果QS1、QS2斷開，QS3閉合時，電機工頻運行，可由QF直接啟停並進行保護。變頻器可完全和電網脫離
，便於維護與檢修。

 

圖3 變頻器功率模塊圖

 

圖3中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。每個功率單元額定輸出電壓為490V，串聯後輸出相電壓3430V，線電壓達到6kV。每個功率模塊結構及電氣性能上完全一致
，可以互換 。

 

 

    目前舞鋼公司一煉鋼廠3#LF電爐與1#LF電爐使用的增壓風機型號完全一樣，現在3#LF電爐所使用的風機高壓變頻調速運行下的功率為P₃，轉速為n₃，係統運行頻率為40Hz；以前安裝的1#LF電爐使用的風機使用液力耦合器（因為以前高壓變頻技術不成熟且價格極貴），工頻運行狀態下的功率為P₁
，轉速為n₁

，係統運行頻率為50Hz。根據本文的理論依據可得到：P₃=(42.5/50)³×P₁=0.62P₁
，當然變頻調速後風機的效率大約為工頻的85%，因此變頻調速後的實際效率為P₃=（0.62/85%）×P₁=0.72×P₁，則節電效率為P=（P₁-P₃）/P₁=28%。

3#LF電爐變頻增壓風機與1#LF電爐液耦增壓風機在某日8h的實際功耗的平均測量數據如附表所示。

 

附表  變頻調速與液耦調速的功耗對照表

 

由表中測量的數據得：變頻調速相比於液耦調速的功耗日平均可節電量為1674kWh，大約節省了24.88%的電量，基本上與理論依據相符合。由此每年節約電量為1674×341=57.08萬kWh（全年以341天計算，扣除每月2天的保養維修時間）
，考慮到變頻器的效率為96%

，則年實際節電量為54.80萬kWh，節約資金為54.80×0.50=27.40萬元。

 

使用變頻調速後，每年還可以節約液耦油660kg、約8000元，節約冷卻水、節省維修費用約3000元。所使用高壓變頻器的成本約50萬元，設備總體投資成本可在2年時間內可全部收回。

 

 

高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)技(ji)術(shu)在(zai)除(chu)塵(chen)風(feng)機(ji)中(zhong)應(ying)用(yong)，不(bu)僅(jin)能(neng)提(ti)高(gao)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)，而(er)且(qie)能(neng)產(chan)生(sheng)很(hen)大(da)的(de)社(she)會(hui)效(xiao)益(yi)，促(cu)進(jin)企(qi)業(ye)的(de)技(ji)術(shu)進(jin)步(bu)。但(dan)在(zai)技(ji)術(shu)上(shang)，要(yao)根(gen)據(ju)不(bu)同(tong)的(de)生(sheng)產(chan)設(she)備(bei)，選(xuan)擇(ze)相(xiang)應(ying)特(te)性(xing)的(de)變(bian)頻(pin)器(qi)
，如(ru)在(zai)對(dui)除(chu)塵(chen)風(feng)機(ji)進(jin)行(xing)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)中(zhong)，注(zhu)意(yi)除(chu)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)提(ti)速(su)、降速特性是否滿足除塵工藝的要求以外，還同時在技術上必須要考慮下列問題，以免帶來投資的損失。

　 （1）diandongjideanquanyunxingshiquanchangchuchendegenbenbaozheng
，suiranbianpintiaosuzhuangzhishikekaode
，danyidanchuxianwenti，bixuquebaodiandongjianquanyunxing，suoyi，bixushixiangongpin--變頻運行的切換係統（旁路係統），在(zai)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)，采(cai)用(yong)手(shou)工(gong)切(qie)換(huan)如(ru)能(neng)滿(man)足(zu)設(she)備(bei)運(yun)行(xing)工(gong)藝(yi)要(yao)求(qiu)
，建(jian)議(yi)盡(jin)量(liang)不(bu)要(yao)選(xuan)用(yong)自(zi)動(dong)旁(pang)路(lu)，對(dui)一(yi)般(ban)的(de)小(xiao)功(gong)率(lv)電(dian)機(ji)，采(cai)用(yong)雙(shuang)投(tou)閘(zha)刀(dao)方(fang)式(shi)作(zuo)為(wei)手(shou)動(dong)
、自動切換手段也是比較理想的方法。
　　（2）對於大容量負荷的電機（如2000kW電機），在變頻改造後，要注意風機可能存在共振現象，運行中，一旦發生共振，將嚴重損壞風機和拖動電機。所以
，必須計算或測量風機--電機連接軸係扭振臨界轉速以及采取相應的技術措施（如設置頻率跳躍功能避開共振點
、軟連接及機座加震動吸收橡膠等）。
　　（3）采用變頻調速控製後
，如果變頻器長時間運行在1/2工頻（25Hz）以yi下xia
，隨sui著zhe電dian機ji轉zhuan速su的de下xia降jiang，電dian機ji散san熱re能neng力li也ye下xia降jiang
，同tong時shi電dian機ji發fa熱re量liang也ye隨sui之zhi減jian少shao。所suo以yi電dian機ji的de本ben身shen溫wen度du其qi實shi是shi下xia降jiang的de，仍reng舊jiu能neng夠gou正zheng常chang運yun行xing而er不bu至zhi溫wen度du過guo高gao。
　　（4）變頻器不能由輸出口反向送電，在電氣回路設計中必須注意
，如高壓變頻器的高壓開關櫃接線圖中，要求QS2和QS3不能同時閉合
，不僅要求在電氣二次回路中實現電氣的聯鎖，同時要求在機械上實現機構互鎖
，以確保變頻器的運行安全。
　　（5）對於高壓變頻器係統，體積相對較大
，一般由4~5麵(mian)櫃(gui)體(ti)組(zu)成(cheng)，對(dui)改(gai)造(zao)項(xiang)目(mu)來(lai)講(jiang)
，一(yi)般(ban)都(dou)需(xu)要(yao)重(zhong)新(xin)建(jian)造(zao)變(bian)頻(pin)器(qi)室(shi)。因(yin)此(ci)
，選(xuan)擇(ze)變(bian)頻(pin)器(qi)室(shi)位(wei)置(zhi)，既(ji)要(yao)考(kao)慮(lv)離(li)電(dian)機(ji)設(she)備(bei)不(bu)能(neng)太(tai)遠(yuan)
，又(you)要(yao)考(kao)慮(lv)周(zhou)圍(wei)環(huan)境(jing)對(dui)變(bian)頻(pin)器(qi)運(yun)行(xing)可(ke)能(neng)造(zao)成(cheng)的(de)影(ying)響(xiang)。變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)安(an)裝(zhuang)和(he)運(yun)行(xing)環(huan)境(jing)要(yao)求(qiu)較(jiao)高(gao)，為(wei)了(le)使(shi)變(bian)頻(pin)器(qi)能(neng)長(chang)期(qi)穩(wen)定(ding)和(he)可(ke)靠(kao)運(yun)行(xing)，對(dui)安(an)裝(zhuang)變(bian)頻(pin)器(qi)室(shi)的(de)室(shi)內(nei)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)要(yao)求(qiu)最(zui)好(hao)控(kong)製(zhi)在(zai)40℃以下
，如果溫度超過允許值
，應考慮配備相應的空調設備。同時，室內不應有較大灰塵
、腐蝕或爆炸性氣體、導電粉塵等。
　　（6）要yao保bao證zheng變bian頻pin器qi櫃gui體ti和he廠chang房fang大da地di的de可ke靠kao連lian接jie，保bao證zheng人ren員yuan和he設she備bei安an全quan。為wei防fang止zhi信xin號hao幹gan擾rao
，控kong製zhi係xi統tong最zui好hao埋mai設she獨du立li的de接jie地di係xi統tong，對dui接jie地di電dian阻zu的de要yao求qiu不bu大da於yu4Ω。到變頻器的信號線，必須采用屏蔽電纜
，屏蔽線的一端要求可靠接地。

（7）bianpinqikaijitiaoshiqianbixugenjufuzaitedian
，jiangsuoyoucanshushedinghao
，jianzhawucuowufangkekaijiyunxing
，tebiezhuyibianpinqishuchudianliu
，zaiqidongguochengzhong
，hengzhuansuguochengzhong，jiansuguochengzhong
，douyaorenzhenguancha，ruguodiyicishedingdecanshubushishifenlixiangshi，yingzhubujiejin。

 

 

此次北京利德華福高壓變頻調速技術在3#LFdianluzengyafengjideshijianyingyongbiaoming，dianjizaiqidonghetiaojieguochengzhong
，zhuansupingwenbianhua
，dianliumeiyourenhechongji，jiejueledianjiqidongshidedadianliuchongjiwenti，xiaochuledaqidongdianliuduidianji、傳chuan動dong係xi統tong和he主zhu機ji的de衝chong擊ji應ying力li，大da大da降jiang低di了le日ri常chang的de維wei護hu保bao養yang費fei用yong，並bing且qie取qu得de了le較jiao好hao的de運yun行xing效xiao果guo和he顯xian著zhu的de經jing濟ji效xiao益yi。由you此ci可ke見jian，高gao壓ya變bian頻pin調tiao速su技ji術shu在zai電dian爐lu除chu塵chen風feng機ji中zhong的de使shi用yong對dui其qi它ta用yong電dian量liang大da的de設she備bei進jin行xing變bian頻pin改gai造zao也ye起qi到dao了le示shi範fan作zuo用yong，尤you其qi是shi可ke以yi探tan索suo在zai公gong司si其qi他ta的de除chu塵chen風feng機ji中zhong進jin行xing推tui廣guang使shi用yong。