西門子高壓變頻器在鋼廠高壓水除鱗系統(tǒng)上應(yīng)用

摘 要 通過西門子完美無諧波高壓變頻器應(yīng)用在高壓水除鱗泵的變頻改造上，取得了預(yù)期的經(jīng)濟效益，減少了維護工作量，有利于公司節(jié)能減排。

關(guān)鍵詞 高壓變頻；高壓水除鱗系統(tǒng)；節(jié)能

中圖分類號 TM921 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)052-0132-02

1 概述

完美無諧波變頻器是西門子公司設(shè)計的脈寬調(diào)制PWM技術(shù)的高壓變頻器系列，該變頻器技術(shù)是目前業(yè)界最廣泛采用的技術(shù)。為了實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的可變頻的正弦電壓和電流的輸出，將從三個方面考慮：第一是將很多低壓功率單元串聯(lián)成高壓采用直接高一高變換的方式，第二是多電平串聯(lián)倍壓的技術(shù)方案，第三是提升的PWM控制算法，實現(xiàn)精準控制。

唐山不銹鋼1 580 mm熱軋生產(chǎn)線高壓水除鱗系統(tǒng)目前有除鱗泵主電機4臺，電壓6 kV AC，電流387.5 A，功率3 550 kW。根據(jù)工藝要求，生產(chǎn)時需開三備一，其中兩臺工作在工頻狀態(tài)下，一臺工作在變頻狀態(tài)下，軋線上無鋼時，除鱗泵以20 Hz頻率運行；過鋼時，以50 Hz頻率運行。除鱗泵在變頻改造前存在兩方面的問題：一方面，除鱗泵啟動時，機械沖擊大，造成軸承及傳動系統(tǒng)使用壽命的降低，且對電網(wǎng)產(chǎn)生多次諧波，有時候會誤動高壓微保；另一方面，在除鱗泵工頻運行時，無法調(diào)速，造成電能的極大浪費。為了進一步優(yōu)化除鱗泵運行工況，節(jié)能降耗，所以對高壓水除鱗泵進行了高壓變頻改造。

2 設(shè)計方案及調(diào)試過程

2.1 功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器工作原理

這種變頻器采用世界上比較先進的技術(shù)，原理是各相將很多低壓功率單元串聯(lián)在一起實現(xiàn)高壓，每個功率單元由一個多繞組的變壓器供電，同時變壓器還起到了降壓、移相、隔離的作用，可有效消除對電網(wǎng)的諧波污染，保護電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。輸出側(cè)采用PWM技術(shù)．用微處理器高速計算來實現(xiàn)精準控制，為減少干擾用光導(dǎo)纖維隔離驅(qū)動，普遍適用于各種高、中、低電壓的電機。另外，當某個功率單元在出現(xiàn)損壞時，其余的功率單元可繼續(xù)保持電機的運行，此時不但保證生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定，同時也保證了設(shè)備的安全運行。此變頻系統(tǒng)另一大優(yōu)勢就是采用模塊化設(shè)計，一旦出現(xiàn)事故，可迅速更換故障模塊，減少事故時間，降低維護成本。功率單元原理圖如圖1所示。

2.2 設(shè)計方案

1）變頻器的運行根據(jù)生產(chǎn)需要自動調(diào)節(jié)除鱗泵的電機轉(zhuǎn)速。變頻啟動后，升頻至工頻時，手動切換至工頻旁路運行，兩臺電機以工頻運行，一臺電機以20 Hz運行。

2）高壓水除鱗系統(tǒng)傳給軋線控制中心準備就緒信號和升速完成信號；同時軋線控制中心將升速信號和急停信號傳給高壓水除鱗系統(tǒng)。軋線控制中心必須在接收到高壓水除鱗泵站控制系統(tǒng)給出的準備就緒的信號之后，才能啟動噴射閥。

3）變頻器的運行狀態(tài)參數(shù)特別是報警參數(shù)應(yīng)及時傳送至上位機的監(jiān)控畫面，以便操作人員實時監(jiān)控，出現(xiàn)問題時，及時

處理。

4）當除鱗泵發(fā)生堵轉(zhuǎn)或過載時，變頻器具有過載能力以及過流保護措施。

5）由于高壓變頻器（包含變壓器單元）發(fā)熱量很大，工作時需要良好的散熱條件。這就要求變頻器周圍環(huán)境既通風干燥又要遠離粉塵。

2.3 變頻器的控制調(diào)試

1）變頻器FEEDBACK試驗，保證高壓部分完全隔離，將變頻器設(shè)置為開環(huán)測試模式，查看單元板指示燈，保證每個功率單元板正常。

2）變頻器帶電機空載試驗，檢查高壓輸入和輸出電纜及控制電纜，控制環(huán)類型設(shè)置為開環(huán)矢量模式，變頻器已準備好，遠程啟動變頻器，分別將速度給定為50%和100%時，記錄I/O面板上各點標定值，保證功率單元的觸發(fā)角滿足生產(chǎn)需要。

3）變頻器帶載試驗（電機由變頻上切至工頻運行），檢查高壓部分和控制系統(tǒng)送電，檢查變頻器參數(shù)設(shè)置，控制環(huán)類型設(shè)置為開環(huán)矢量模式，變頻器已準備好，遠程啟動變頻器，緩慢升頻至50 Hz，高壓水除鱗系統(tǒng)發(fā)出升頻完成信號，見圖2所示。軋線控制系統(tǒng)收到此信號，并在瞬間發(fā)出允許電機工頻運行信號，變頻器瞬間上切完成，見圖3所示。電機由變頻轉(zhuǎn)為工頻運行見圖4所示。

圖2 變頻器升頻完成運行時

由上圖中可以看出，變頻器輸入頻率（Input Frequency）為50.31 Hz，輸出頻率（Output Frequency）為49.65 Hz，變頻器上切請求（UpTransferRequest）為1，變頻器上切允許（UpTransferPermit）為0，也就是說此時是變頻器升頻完成，請求工頻運行的瞬間。

圖3 軋線控制系統(tǒng)發(fā)出允許電機工頻運行信號的瞬間

由上圖中劃線處可以看出，變頻器輸入頻率（Input Frequency）為50.31 Hz，輸出頻率（Output Frequency）為49.65 Hz，變頻器上切請求（UpTransferRequest）為1，變頻器上切允許（UpTransferPermit）為1，也就是說此時是軋線控制系統(tǒng)發(fā)出允許電機工頻運行信號的瞬間。

由圖4可以看出，變頻器輸入頻率（Input Frequency）為

49.17 Hz，輸出頻率（Output Frequency）為0 Hz，變頻器上切請求（UpTransferRequest）為0，變頻器上切允許（UpTransferPermit）為0，也就是說此時是變頻器上切完成的瞬間。

3 預(yù)期經(jīng)濟效益

改造前，三臺高壓水除鱗泵工頻運行，每天耗電量大約為2.4萬度，一個月按20天計算，月耗電量約為48萬度，電能耗費巨大；改造后，每天耗電量大約為1.5萬度，月耗電量約為30萬度，大大節(jié)約了電能，達到了預(yù)期的經(jīng)濟效益。另外，水除鱗泵的機械備件更換周期也相應(yīng)延長，設(shè)備事故率下降，人工維護成本大大降低。

圖4 變頻器上切完成的瞬間

4 結(jié)束語

西門子高壓變頻器在高壓水除鱗系統(tǒng)中運行更加平穩(wěn)，從而降低了設(shè)備故障率，減小了維護工作量，取得了預(yù)期的經(jīng)濟效益，更重要的是節(jié)約了大量能源，隨著高壓變頻技術(shù)的普及，這一節(jié)能途徑必將為企業(yè)的節(jié)能降耗發(fā)揮更大的作用。

參考文獻

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