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攀鋼提釩煉鋼廠 孫鵬
摘要：本文綜述了高壓變頻器的性能特點及係統原理，從節能、高效、環保等方麵分析了高壓變頻器在攀鋼提釩煉鋼廠中大慣量高壓除塵風機的應用，取得了良好的經濟效益和社會效益。
關鍵詞：高壓變頻器 提釩煉鋼 低損耗絕緣柵雙極型晶閘管（IGBT） 脈衝寬度調製（PWM）
一、前言
時光荏苒，鬥轉星移。彈指間，攀鋼提釩煉鋼廠的大方坯連鑄、兩liang座zuo新xin轉zhuan爐lu以yi及ji除chu塵chen係xi統tong拔ba地di而er起qi，無wu不bu成cheng為wei每mei個ge煉lian鋼gang廠chang人ren的de驕jiao傲ao，尤you其qi是shi除chu塵chen係xi統tong的de新xin建jian與yu改gai造zao，對dui大da慣guan量liang高gao壓ya除chu塵chen風feng機ji的de運yun行xing要yao求qiu很hen高gao。因yin此ci，我wo廠chang采cai用yong了le國guo內nei外wai五wu大da公gong司si的de高gao壓ya變bian頻pin技ji術shu，包bao括kuo北bei京jing利li德de華hua福fu電dian氣qi技ji術shu有you限xian公gong司si、東方日立（成都）電控設備有限公司、美國羅克韋爾公司、美國羅賓康公司、法國阿爾斯通公司，分別使用的高壓變頻器有：HARSVERT-A（4台）、DHVECTOL-DI03000/06B（1台）、Power Flex7000(3台)、NBH（1台）、ALSPA MD2000（2台），這五種高壓變頻器已成為攀鋼提釩煉鋼廠除塵係統中的一道風景線，許多企業都來此參觀。其中，北京利德華福高壓變頻器（HARSVERT-A）的應用最為廣泛，主要用於攀鋼提釩煉鋼廠的6#、7#轉爐的二次高壓除塵風機（功率1600kW）；4#、5#轉爐一次高壓除塵風機（功率1400kW）的變頻調速。
二、HARSVERT-A高壓變頻器的係統原理及特點
1、高壓變頻器功率單元結構原理 功率單元結構原理（圖1），是由二極管整流的三相全控橋、低壓絕緣柵雙極型晶閘管（IGBT）逆變橋、電容器組等元件組成的控製回路，為基本的交-直-交單相逆變電路，通過對IGBT逆變橋進行正弦脈衝寬度調製（PWM）控製，可得到功率單元輸出的PWM波形（圖2）。每個功率單元結構一致，可以互換，而且當某個功率單元出現故障時，封鎖該功率單元IGBT的觸發信號，然後讓旁路SCR導dao通tong，將jiang這zhe個ge功gong率lv單dan元yuan隔ge離li出chu去qu，而er不bu影ying響xiang其qi他ta功gong率lv單dan元yuan的de運yun行xing，減jian少shao除chu塵chen風feng機ji停ting機ji造zao成cheng的de經jing濟ji損sun失shi，正zheng好hao適shi應ying了le攀pan鋼gang提ti釩fan煉lian鋼gang廠chang的de生sheng產chan節jie奏zou。
圖1 功率單元結構原理
圖2 功率單元輸出的PWM波形
2、高壓變頻器的係統結構
HARSVERT-A高壓變頻器屬於“高-高”電壓源型變頻器，由移相變壓器、功率單元、控製器、工控機、內置PLC（S7-200）、液晶觸摸屏、外部接口、溫控器、檢測裝置、報警裝置等設備組成（圖3）。輸入側由移相變壓器給每個功率單元供電，移相變壓器的閥側繞組分為三相（A、B、C三相），構成30脈衝整流方式，采用多級移相疊加的整流方式使負載下的網側功率因數為0.96（﹥20％負載）接近1，可大幅度改善網側的電流波形。輸出側由每個功率單元的U、V相輸出端子相互串聯而成星型接法給電機供電，通過對每個功率單元的PWM波形進行重組，可得到階梯PWM波形（圖4），這種波形接近於標準正弦波，無須輸出電抗器濾波，可減少對電機和電纜的絕緣的損壞，對輸出電纜的長度無特殊的要求。
圖3 高壓變頻器係統結構圖
圖4 階梯PWM波形
3、高壓變頻器的電壓疊加原理
移相變壓器的閥側繞組分為A、B、C三相，每相上有5個功率單元串聯，共15個功率單元，每個功率單元的相電壓為690VAC，每相的相電壓為：V相=690×5=3450VAC，那麼其線電壓為：V線= V相= ×3450≈6000VAC（圖5）。
圖5 高壓變頻器的電壓疊加原理
4、高壓變頻器工頻旁路結構
工(gong)頻(pin)旁(pang)路(lu)是(shi)在(zai)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)時(shi)為(wei)保(bao)證(zheng)生(sheng)產(chan)繼(ji)續(xu)進(jin)行(xing)，所(suo)采(cai)用(yong)直(zhi)接(jie)工(gong)頻(pin)啟(qi)動(dong)電(dian)機(ji)的(de)一(yi)種(zhong)啟(qi)動(dong)方(fang)式(shi)。攀(pan)鋼(gang)提(ti)釩(fan)煉(lian)鋼(gang)廠(chang)采(cai)用(yong)了(le)一(yi)帶(dai)一(yi)手(shou)動(dong)旁(pang)路(lu)（圖6）和自動旁路（圖7）liangzhongxingshi。gongpinpangluxitongdeshiyong，bimianleyinbianpinqiguzhangerzaochenggaoyachuchenfengjitingjisuodailaideyingxiang，quebaolepangangtifanliangangchangshengchanshunlijinxing，shipangangtifanliangangchangdeanquanhuanbaoshiyechixuwendingfazhan。   圖6 一帶一手動旁路 圖7 自動旁路
三、HARSVERT-A高壓變頻器與電流源高壓變頻器的比較
攀鋼提釩煉鋼廠現使用的高壓變頻器有HARSVERT-A高壓變頻器（電壓源型）和其他電流源型高壓變頻器，他們之間的比較見（表1）。根據現場情況和維護人員的反映，認為HARSVERT-A高壓變頻器操作簡單，維護方便。從（表1）中亦可看出。
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HARSVERT-A高壓變頻器 |
電流源型高壓變頻器 |
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輸入功率因數高 |
輸入功率因數低，需功率因數補償 |
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對電網無諧波汙染 |
對電網有諧波汙染，需諧波抑製器 |
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適用普通電機 |
不適用普通電機 |
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控製電源掉電不停機 |
控製電源掉電立即停機 |
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可一帶多運行 |
不能一帶多運行 |
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不能四象限運行 |
可四象限運行，適用於製動場合 |
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模塊串聯，可靠性高 |
存在器件串聯均壓問題，可靠性低 |
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中文界麵操作簡單、穩定 |
中文界麵操作簡單、不穩定 |
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係統軟件有時出現故障，易處理 |
係統硬件有時出現故障，不易處理 |
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維護人員易掌握處理故障的方法 |
維護人員不易掌握處理故障的方法 |
表1 HARSVERT-A高壓變頻器與電流源型高壓變頻器的比較
四、使用HARSVERT-A高壓變頻器後的優越性
1、節能方麵
以4#、5#轉爐為例，每座轉爐公稱容積為120T，平均鐵水裝入量為120T，最大鐵水裝入量為140T，最大爐氣量為60000Nm3/h，吹煉時間為10min，冶煉周期為20min，爐氣含塵量為80g/Nm3--120g/Nm3，風機升壓為19000Pa，風機額定轉速為1480rpm,電機電壓為6kV，電機功率為1400kW。轉爐的冶煉工藝從圖8中可看出，A點到B點為兌鐵加廢鋼時間2分鍾，B點到C點為風機升速時間1分鍾，C點到D點為吹煉時間10分鍾，D點風機開始減速，D點到E點為測溫取樣時間1分鍾，E點到F點為倒渣出鋼時間5分鍾，F點到G點為倒殘渣時間1分鍾。整個轉爐的冶煉周期為20分鍾，在C點到D點吹煉時變頻器以高速35Hz運行，其它階段變頻器以低速18Hz運行。以前沒有采用高壓變頻器時，在整個轉爐的冶煉階段都是工頻50Hz運行，4#、5#轉爐一次除塵風機月耗電量約為1680000kW·h，而使用了高壓變頻器後，4#、5#轉爐一次除塵風機月耗電量約為1050000 kW·h，根據電費0.55元/度計算，每月可節約電費約34.6萬元。
圖8 4#、5#轉爐冶煉工藝簡圖
2、增效方麵
使用了高壓變頻器後，除塵風機根據冶煉工藝處於較低頻率下運行，電流很小；另外實現了軟啟動，避免了啟動瞬間大電流對電機和電網的衝擊，減少了對風機軸承、葉輪的磨損；而且也減少了風機換轉子的次數，每月可增加冶煉時間5小時，按每爐鋼120T，冶煉周期為20min/爐，每噸鋼200元利潤計算如下：
每月可多產鋼：
5×60÷20=15（爐）
每爐鋼按120噸計算，可多產鋼：
120×15=1800（噸）
每噸鋼按200元計算，每月可創效益：
1800×200=36（萬元）
五、結論
利德華福高壓變頻器（HARSVERT-A）zaipangangtifanliangangchangyiyunxinglejigeyue，qixingnengwending，jienengmingxian，dadatigaolechuchenxitongdegongzuonengli，gaishanlegongzuohuanjing，tigaoleshengchanlv，duianquanhuanbaoshiyedefazhanqidaoleyidingdezuoyong。yinci，gaoyabianpinqizaichuchenxitongzhongdeyingyongshibukequeshaode，zaitongxingyezhongyouhenhaodetuiguangxing！
參考文獻
1、電工技術學報，2006，06：29-31
2、模擬電子技術，1994，04：429-446
3、攀鋼提釩煉鋼廠脫硫提釩一、二次煙氣除塵技術，2005，08：9-11
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