高壓變頻器在煉鋼廠中的節(jié)能應用

【摘要】隨著能源短缺問題的日益嚴重，國家開始提倡節(jié)能降耗。各生產(chǎn)企業(yè)為了提高市場競爭力也在不斷提高生產(chǎn)效率。對于煉鋼廠來說，高壓變頻器的應用具有重要的節(jié)能減排功效。本文針對高壓變頻器的工作原理、性能特點以及在煉鋼廠節(jié)能中的具體應用進行了研究。

【關鍵詞】高壓變頻器；煉鋼廠；節(jié)能

引言

在經(jīng)濟快速發(fā)展和能源逐漸匱乏的當下，人們?yōu)榱饲蟮蒙?，開始廣泛關注新能源的利用。對于能源的利用，如何做到高效率和低能耗是永恒的話題，也是緩解能源危機的重要途徑。對于煉鋼企業(yè)來說，節(jié)約能源是重要工作之一，在電氣節(jié)能中，變頻器是重要設備之一。由于鋼鐵企業(yè)負載中有大量的風機和水泵，它們在工作過程中經(jīng)常需要快速變化，高壓變頻器的應用很好的滿足了這一要求，實現(xiàn)了對高壓大容量電機的節(jié)能。

1、高壓變頻器工作原理及特點

對高壓變頻器的工作原理進行分析，其主要組成包括：移相變壓器、功率模塊以及控制器。其中功率模塊的電路結(jié)構(gòu)中，整流側(cè)是三相全橋結(jié)構(gòu)，開關器件全部為二極管；逆變側(cè)為IGBT逆變橋，輸出端能夠輸出兩相交流電。功率模塊電路由移相變壓器供電，通常情況下，移相變壓器的副邊繞組被分為幾組，根據(jù)不同的電壓等級由不同數(shù)目的脈沖相疊加實現(xiàn)整流。變壓器的副邊繞組是相互獨立的，各個功率單元主回路也是相對獨立的，與常規(guī)的低壓變頻器相似。輸出側(cè)給電機供電[1]。

高壓變頻器的性能特點包括：

1）波形完美

高壓變頻器輸入的諧波滿足我國的國標要求，其對諧波進行抑制的主要手段是設計多重化的輸入變壓器，從而形成多脈沖整流。從理論上講，對于36脈沖整流來說，其中35次及以下的諧波能夠?qū)崿F(xiàn)自動抵消。例如：某公司變壓器中二次繞組有18個，通過三角形聯(lián)結(jié)方法進行連接，得到6個各不相同的相位組，電角度相差10度，二極管整流電路一共能夠形成36脈波，對其中的諧波進行測定，其畸變率遠遠小于規(guī)定的標準，在沒有使用濾波器的前提下，其THD為2%[2]。

2）具有較高的輸入功率因數(shù)

影響變頻器輸入功率因數(shù)的環(huán)節(jié)是其中間的直流環(huán)節(jié)，對于電壓源型來說，其中間直流環(huán)節(jié)為一大電容，電容給電機提供無功電流，與電網(wǎng)之間不存在無功交換，能夠保證較高的功率因數(shù)；對于電流源型來說，其中間的直流環(huán)節(jié)為以大電感，此時需要電網(wǎng)與電機交換無功功率，高功率因數(shù)難以保證，并且當電機的負荷降低時，功率因數(shù)也會隨著降低。在高壓變頻器的中間環(huán)節(jié)，采用的是電壓源型的電容，因此，輸入功率因數(shù)較高。

3）單元旁路功能

在高壓變頻器中，如果有一個單元發(fā)生故障，該單元對應的相就不會有電壓輸出，導致電機的缺相工作，這種現(xiàn)象時嚴格禁止的。對此，在高壓變頻器中添加了單元旁路功能，其工作機理是當某一單元出現(xiàn)故障后，該單元會通過相應的旁路接觸器成為旁路，不參與工作，變頻器還能夠正常工作。旁路時間為250ms之內(nèi)，從物理的角度來看，這一時間完全能夠?qū)⒐收蠁卧月返?。同時，高壓變頻器中還使用了中心點漂移技術，能夠保證三相線電壓的平衡。

4）中性點漂移

高壓變頻器的單元旁路功能能夠保證變頻器的正常工作，但是當故障單元被旁路之后，相應的電壓容量會下降，導致變頻器能夠滿足的最大速度相應的下降了。因此，需要對電機有效電壓最大進行控制。變頻器在沒有單元故障情況下，能夠為電機提供100%的電壓；當某單元被旁路，輸出電壓不再平衡，對此，考慮到單元的星形點是浮動的，同時這些星形點沒有與電機的中性點相連，可以對單元電壓的相位角進行調(diào)節(jié)，從而得到平衡的電機電壓，這種方法相當于在單元電壓的指令矢量中添加零序分量，被稱為：中性點漂移。

2、高壓變頻器在煉鋼廠中的實際應用

在煉鋼廠中，通過電爐煉鋼的原材料是一些廢鋼、鐵合金以及一些渣料等，在電爐加料、冶煉以及出鋼等過程中會產(chǎn)生一些有害物污染。尤其是在冶煉的氧化期，會產(chǎn)生大量的煙氣，含有濃度較大的煙塵，煙氣的溫度也最高。因此，在設計電爐除塵系統(tǒng)時，通常都是按照這一時期的最大排煙量來設計的。在整個煉鋼過程中，吹氧期占有較大的比重，在這一時期內(nèi)，風機帶高負荷運行，相對而言，其他時期風機則處于低工況運行。所以，除吹氧期之外，除塵系統(tǒng)在其他時期的利用率都較低。在電爐煉鋼的不同時期，各生產(chǎn)工藝也各不相同，由此產(chǎn)生的煙氣量及其溫度會存在較大差異。加料時，揚塵主要發(fā)生在裝料過程中，此時不需要進行大風量除塵，其標準是：保證粉塵不擴散，電爐周邊的工作環(huán)境不會受到污染。送電過程中，需要對爐料實施加熱，最終達到融化狀態(tài)，該過程要求煙塵能夠及時被排除，同時不能將爐體的熱量帶走。在吹氧期間，除塵系統(tǒng)要能夠迅速將廢氣粉塵等排除掉，同時要保證爐體的溫度能夠滿足吹煉要求。因此，該過程對除塵系統(tǒng)提出了較高要求。

在某煉鋼廠電爐除塵系統(tǒng)改造項目中，系統(tǒng)的主要參數(shù)有：選用的除塵風機電機型號為YKK800-8，其額定電壓為10000V，額定電流為127A，額定轉(zhuǎn)速為747r/min，額定功率為1800kW。根據(jù)電爐煉鋼的不同時期設定三種不同的頻率，將煉鋼階段的信號傳送給高壓變頻器，高壓變頻器接收到信號后，根據(jù)不同階段的要求進行頻率的調(diào)節(jié)，不僅能夠保證除塵的效果，還能保證熱量不會被帶走。

3、節(jié)能效果分析

系統(tǒng)改造后，對運行參數(shù)進行監(jiān)測，得到表1結(jié)果。

變頻改造后，系統(tǒng)每天的耗電量為：14874+11123+1069=27066 KWh。與變頻改造前相比，每天節(jié)約的電能為：37577-27066=10511KWh。

4、結(jié)束語

本文針對高壓變頻器的工作原理、性能特點以及在煉鋼廠節(jié)能中的具體應用進行了研究。通過本文的分析可以看出，高壓變頻器的使用能夠?qū)崿F(xiàn)較好的節(jié)能效果。系統(tǒng)改造后為公司節(jié)省了大量的能源費用，降低了煉鋼的生產(chǎn)成本。在當下，我國有很多類似的企業(yè)，急需進行系統(tǒng)改造，從另一角度來看，這也給變頻器企業(yè)帶來了更多的機遇。

參考文獻

[1]宋暉.高壓變頻器在鍋爐送、引風機上的應用[J].變頻技術應用，2007，（3）.

[2]徐甫榮.高壓變頻調(diào)速技術應用實踐[M].北京：中國電力出版社，2007.

作者簡介

朱建峰（1983.05- ）：男，漢族，河北省邯鄲市復興區(qū)人，大學本科學歷，首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，初級工程師，主要從事電機與拖動專業(yè)工作。