高壓變頻器在燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)系統(tǒng)上的應(yīng)用

趙云萍（天津天鐵冶金集團(tuán)煉鐵廠，河北涉縣056404）

0 引言

過(guò)去主抽風(fēng)機(jī)多采用降壓?jiǎn)?dòng)方式，比較常見(jiàn)的包括水電阻軟啟動(dòng)及熱變電阻軟啟動(dòng)。軟啟動(dòng)方式存在啟動(dòng)電流較大、無(wú)法精準(zhǔn)調(diào)節(jié)風(fēng)量和負(fù)壓等參數(shù)、對(duì)環(huán)境溫度要求高、維護(hù)工作量大、不能多次連續(xù)啟動(dòng)等多種問(wèn)題。當(dāng)電機(jī)過(guò)大時(shí)，軟啟動(dòng)裝置無(wú)法提供足夠的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)滿足電機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng)。采用西門(mén)子高壓變頻啟動(dòng)解決了上述問(wèn)題。同時(shí)，在主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行上采用變頻控制，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機(jī)速度的平滑調(diào)節(jié)，大幅降低能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。

1 高壓變頻在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

1.1 在風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的應(yīng)用

采用高壓變頻啟動(dòng)風(fēng)機(jī)電機(jī)，利用變頻器的特性，可以使電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊值達(dá)到最小，啟動(dòng)曲線平滑，同時(shí)避免電機(jī)啟動(dòng)時(shí)大電流沖擊對(duì)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的損壞，使電機(jī)、風(fēng)門(mén)及風(fēng)機(jī)的檢修周期和壽命可延長(zhǎng)1/3，減輕維修工作量，減少備件的使用及維修費(fèi)用，同時(shí)起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)的作用。

1.2 在主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的應(yīng)用

通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)抽風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)中風(fēng)量、負(fù)壓的調(diào)節(jié)。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，其主要優(yōu)勢(shì)在于：

（1）電機(jī)的軸輸出功率可以根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)節(jié)，使電機(jī)總是運(yùn)行在最佳經(jīng)濟(jì)點(diǎn)上，電網(wǎng)節(jié)省了大量電能，運(yùn)行成本大大降低，從而降低了燒結(jié)礦噸耗成本。

（2）完美無(wú)諧波高壓變頻采用若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出。該變頻器具有對(duì)電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、dv/dt及共模電壓等問(wèn)題的特性；不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機(jī)，包括國(guó)產(chǎn)電機(jī)；輸出電壓非常接近正弦波，dv/dt很小。圖1為完美無(wú)諧波變頻器輸出的電壓及電流波形。

（3）提高了生產(chǎn)作業(yè)率。使用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量，能夠使調(diào)節(jié)更加精準(zhǔn)，整個(gè)控制系統(tǒng)故障率極低，提高了產(chǎn)量和質(zhì)量。

1.3 利用變頻器的跳頻功能避開(kāi)風(fēng)機(jī)在喘振區(qū)運(yùn)行

抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行在喘振區(qū)時(shí)，不僅經(jīng)常會(huì)由于振動(dòng)超標(biāo)引起保護(hù)性跳閘，而且還會(huì)引起嚴(yán)重的設(shè)備問(wèn)題，造成設(shè)備損壞。通過(guò)在變頻器中設(shè)立一個(gè)特定的頻率段，使變頻器快速的通過(guò)該頻率段，避免了風(fēng)機(jī)在喘振區(qū)運(yùn)行并發(fā)生喘振，使設(shè)備運(yùn)行更加平穩(wěn)，減少了對(duì)機(jī)械設(shè)備的沖擊。變頻運(yùn)行使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況得到優(yōu)化，大幅度地降低了噪音，提高了機(jī)組的穩(wěn)定性。

圖1 完美無(wú)諧波變頻器輸出的電壓及電流波形

1.4 變頻器斷電維持功能

主電源瞬時(shí)掉電5個(gè)周期內(nèi)可滿載運(yùn)行不跳閘，掉電10s內(nèi)不停機(jī),最大限度地維持運(yùn)行。變頻器在工作時(shí)，可以承受電網(wǎng)電壓波動(dòng)至65%的影響而不跳機(jī)。

1.5 應(yīng)用先進(jìn)的自動(dòng)控制模型

風(fēng)量分析模塊：對(duì)系統(tǒng)風(fēng)量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，采用數(shù)據(jù)分析模型對(duì)主抽有效風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算，確定風(fēng)量需求，并考慮管道及設(shè)備漏風(fēng)情況，確定風(fēng)機(jī)總風(fēng)量需求。壓力分析模塊：對(duì)系統(tǒng)負(fù)壓等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，采用數(shù)據(jù)分析模型對(duì)燒結(jié)負(fù)壓進(jìn)行計(jì)算，并考慮管道及設(shè)備壓降情況，確定風(fēng)機(jī)在所需風(fēng)量條件下的負(fù)壓需求。燒結(jié)終點(diǎn)分析模塊：對(duì)燒結(jié)溫度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)對(duì)燒結(jié)狀態(tài)的檢測(cè)與診斷，得出當(dāng)前的燒結(jié)終點(diǎn)（BTP）狀態(tài)并做出變化趨勢(shì)判斷。風(fēng)機(jī)控制模塊：系統(tǒng)對(duì)風(fēng)量與負(fù)壓需求進(jìn)行分析，并結(jié)合當(dāng)前燒結(jié)終點(diǎn)（BTP）狀態(tài)及變化趨勢(shì)對(duì)變頻器輸出頻率進(jìn)行修正。由于新一燒為雙風(fēng)機(jī)燒結(jié)系統(tǒng)，為避免風(fēng)機(jī)的不平衡運(yùn)行，出現(xiàn)搶風(fēng)現(xiàn)象使系統(tǒng)發(fā)生震蕩和波動(dòng)，自動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使得風(fēng)機(jī)工作在平衡運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)監(jiān)控模塊：對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行報(bào)警，并記錄故障信息。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊：根據(jù)需要記錄各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，以供歷史信息查詢及數(shù)據(jù)信息分析。自動(dòng)控制模型：根據(jù)系統(tǒng)工況對(duì)變頻器輸出頻率進(jìn)行修正，保證對(duì)系統(tǒng)風(fēng)量、負(fù)壓的控制更為準(zhǔn)確。

2 西門(mén)子變頻器在燒結(jié)風(fēng)機(jī)上采用的啟動(dòng)方案

燒結(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)的變頻器采用一拖一方式運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)功率為7 100 kW，2臺(tái)；變頻器選用西門(mén)子羅賓康高壓變頻器7 200 kW，2臺(tái)，型號(hào)為：6SR3501-5MJ48-7BF1。10 kV輸入/10 kV輸出驅(qū)動(dòng)方案，采用空水冷交換器輔助散熱方式，變頻器的發(fā)熱通過(guò)該冷卻器冷卻，使得變頻器室內(nèi)空氣不與室外空氣交換，以保證室內(nèi)空氣潔凈，從而保證變頻器可靠運(yùn)行。

2套變頻器采用了既能自己變頻調(diào)速運(yùn)行電機(jī)，又能分別啟動(dòng)2臺(tái)電機(jī)在線定速運(yùn)行控制模式，如圖2所示。

圖2 天鐵燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)控制圖

正常狀態(tài)時(shí)，1#電動(dòng)機(jī)通過(guò)1#變頻器、DSC1斷路器（把電抗器短接）、MBM1斷路器給一號(hào)電機(jī)供電，這時(shí)電抗器不起作用。同理，2#電機(jī)通過(guò)2#變頻器、DSC2斷路器（把電抗器短接）、MBM2斷路器給二號(hào)電機(jī)供電。MBI1和MBI2分別為一段電源和二段電源供電開(kāi)關(guān)。由于電機(jī)功率比較大，無(wú)論在工頻還是變頻狀態(tài)，一段電源只為1#電機(jī)供電，二段電源只為2#電機(jī)供電。

當(dāng)二號(hào)變頻器故障時(shí)，可用一號(hào)變頻器拖動(dòng)二號(hào)電機(jī)至工頻運(yùn)行。工作流程為：通過(guò)二段電源、MBC2、變頻器、電抗器、MBM2拖動(dòng)二號(hào)電機(jī)啟動(dòng)；上微機(jī)向變頻器發(fā)出請(qǐng)求切換信號(hào)后，變頻器加速到工頻率，并自動(dòng)調(diào)整變頻器的輸出頻率、相位、電壓，直到和電網(wǎng)的頻率、相位、電壓相一致時(shí)，MBL2合閘；變頻器收到MBL2合閘信號(hào)后，MBM2、MBC2分閘，變頻器停止運(yùn)行，二號(hào)電機(jī)工頻啟動(dòng)完成。

3 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)變頻啟動(dòng)的應(yīng)用效果

與國(guó)內(nèi)其它燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)在線變頻的系統(tǒng)相比，燒結(jié)風(fēng)機(jī)通過(guò)合理配置方案，實(shí)現(xiàn)了2臺(tái)電機(jī)在線變頻和2機(jī)故障狀態(tài)下能互為備用的功能，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性，具體有以下特點(diǎn)：

（1）新一燒一臺(tái)燒結(jié)機(jī)供應(yīng)4個(gè)高爐所需的燒結(jié)礦。當(dāng)高爐部分處于檢修、減產(chǎn)或停車(chē)時(shí)，新一燒經(jīng)常處于不能滿負(fù)荷工作的狀態(tài)。這時(shí)，通過(guò)對(duì)變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使燒結(jié)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)始終運(yùn)行在最佳經(jīng)濟(jì)點(diǎn)的工作狀態(tài)，與目前國(guó)內(nèi)其它400平燒結(jié)機(jī)主抽風(fēng)機(jī)變頻相比，能取得更大的節(jié)能效果。

（2）新一燒使用了異步變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主抽風(fēng)機(jī)，與目前國(guó)內(nèi)其它400平燒結(jié)機(jī)所用同步電動(dòng)機(jī)相比，電機(jī)成本降低，同時(shí)也減少了同步電機(jī)所配的勵(lì)磁裝置和控制設(shè)備，降低了檢修的難度、工作量及備件費(fèi)。由于公司電網(wǎng)大型同步機(jī)較多，導(dǎo)致電網(wǎng)無(wú)功多，使用異步電動(dòng)機(jī)增加負(fù)荷所消耗的無(wú)功功率，合理的對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行分配，提高了公司電網(wǎng)系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。

（3）控制系統(tǒng)采用按功能分多級(jí)進(jìn)行管理和控制，通過(guò)嚴(yán)格的生產(chǎn)管理，將不同層級(jí)的工作人員嚴(yán)格分工，提高系統(tǒng)的安全性、可靠性以及新一燒自動(dòng)化控制水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

該技術(shù)一次性投入成本比較高，對(duì)于舊系統(tǒng)改造一般必須保持使用以前的同步電動(dòng)機(jī)，必須使用勵(lì)磁系統(tǒng)，有時(shí)還需要考慮老的變頻軟啟動(dòng)的繼續(xù)使用，與新建系統(tǒng)相比，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及調(diào)試復(fù)雜。

新一燒主抽風(fēng)機(jī)變頻器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了中控室的在線變頻運(yùn)行，取得了顯著效果。以前，主抽風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在50 Hz；改造后，變頻風(fēng)機(jī)可以根據(jù)實(shí)際需要自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行轉(zhuǎn)速。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電表統(tǒng)計(jì)計(jì)算，每年節(jié)能達(dá)36 960 000 kW·h,如果按照0.5元/kW·h計(jì)算，可年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益1 848萬(wàn)元。

該技術(shù)的成功應(yīng)用，既節(jié)省了電能，又簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，減少了部分設(shè)備，降低了維護(hù)的復(fù)雜度，還可以起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)的作用，部分技術(shù)可以推廣到第二煉鐵廠主抽風(fēng)機(jī)的變頻器改造。該技術(shù)對(duì)同類(lèi)行業(yè)具有廣泛的推廣價(jià)值，系統(tǒng)適用性強(qiáng)，在國(guó)內(nèi)同行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。