高壓變頻器在除塵系統(tǒng)的應(yīng)用

魏立宇 張娟芝 王艷麗

【摘 要】高壓變頻器實(shí)現(xiàn)了對除塵風(fēng)機(jī)的無極調(diào)速，滿足了生產(chǎn)工藝過程對電機(jī)調(diào)速控制的要求，達(dá)到高效率和高質(zhì)量的目的，可以大幅度的節(jié)約能源，降低成本。

【中圖分類號】TN773.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0159-01

1.引言

在高爐出鐵的過程中，出鐵場會產(chǎn)生大量的灰塵、煙氣以及一些有害物質(zhì)，除塵系統(tǒng)將這些有害物質(zhì)進(jìn)行處理。根據(jù)煉鐵工藝，高爐每天平均出鐵12爐，在出完鐵20---30分鐘后，出鐵場基本沒有灰塵，煙氣。安鋼煉鐵廠1號高爐除塵風(fēng)機(jī)采用800KW電機(jī)拖動，除塵風(fēng)機(jī)在生產(chǎn)過程中處于工頻狀態(tài)運(yùn)行，風(fēng)機(jī)啟動后電機(jī)按額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量，以滿足生產(chǎn)工藝要求。除塵風(fēng)機(jī)的使用率大約70%左右，造成大量的電能浪費(fèi)，另外，由于風(fēng)機(jī)直接啟動振動大，而且啟動電流約是額定電流的3—7倍，對電網(wǎng)，電機(jī)等沖擊大，因此，對出鐵場除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻技術(shù)改造。

2.變頻改造

目前，主流的高壓變頻器產(chǎn)品主要有三種類型：（1）電流源型； （ 2 ）三電平型變頻器；（3）單元串聯(lián)多電平型變頻器。目前在國內(nèi)，基于低壓 I G B T功率單元串聯(lián)的高壓變頻器逐漸成為市場主流。單元串聯(lián)多電平型變頻器采用多個(gè)低壓的功率單元串聯(lián)實(shí)現(xiàn)高壓，輸入側(cè)的降壓變壓器采用移相方式，可有效消除對電網(wǎng)的諧波污染，使其負(fù)載下的電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1，輸出側(cè)采用多電平正 弦PWM技術(shù)，可適用于任何電壓的普通電機(jī)。另外，在某個(gè)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，可自動退出系統(tǒng)，而其余的功率單元可繼續(xù)保持電機(jī)的運(yùn)行，減少停機(jī)造成的損失，并且系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可迅速替換故障模塊。

2.1 電機(jī)、變頻器技術(shù)參數(shù)

（1）電機(jī)參數(shù)

型號

高壓變頻器主要由變頻單元柜，變壓器柜和旁路柜組成。在原高壓配電室東側(cè)新建長14米，寬10米，高5米的配電室。配電室內(nèi)安裝高壓變頻設(shè)備。

（1）變頻單元柜保證整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。功率單元是高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的主體部分，電源電壓及頻率的改變在這里完成。功率單元的前端與變壓器連接，接收變壓器供給功率單元的電源，由具有相同結(jié)構(gòu)和功能的多個(gè)功率單元串接成星型連接的三相高壓電源，以該電源作為高壓電動機(jī)的輸入電源。串接后的三相高壓電源，通過控制機(jī)的控制，可以實(shí)現(xiàn)頻率及電壓的改變，從而實(shí)現(xiàn)對高壓電動機(jī)的調(diào)速。

（2）變壓器柜是高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的供電中心。變壓器柜是一臺特殊結(jié)構(gòu)的干式整流變壓器，其原邊通過旁路柜內(nèi)的高壓隔離開關(guān)與電網(wǎng)相連，而副邊繞組則根據(jù)電壓等級和變頻功率單元的級數(shù)分為多組，與功率單元內(nèi)的功率單元連接，為所有功率單元供電。變壓器的多組副邊繞組經(jīng)過移相向功率單元供電后，可以構(gòu)成幾十到幾百余脈沖系列的多級移相疊加的整流方式，這樣可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，提高網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)，無需任何功率因數(shù)補(bǔ)償及諧波抑制裝置便可將負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)提高到0.95以上。

（3）旁路柜接收網(wǎng)側(cè)的高壓電源，通過輸入高壓隔離開關(guān)向變壓器柜內(nèi)的變壓器的原邊供電，同時(shí)，將功率柜內(nèi)的功率單元輸出的高壓電源經(jīng)高壓隔離開關(guān)送至高壓電機(jī)。在旁路柜內(nèi)裝有旁路高壓隔離開關(guān)系統(tǒng)，以保證在變頻調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，用戶設(shè)備仍可以工作。如圖3所示：

QF：變頻器輸入側(cè)的高壓開關(guān)柜

KM1、KM2、KM3、KM4：高壓變頻器內(nèi)置真空接觸器

QS1、QS2：高壓變頻器內(nèi)高壓隔離開關(guān)

旁路柜通過KM3、KM4的控制，可自動或手動在變頻狀態(tài)和工頻狀態(tài)之間切換。變頻狀態(tài)下，KM3閉合，KM4斷開，變頻器控制電機(jī)；工頻狀態(tài)下，KM3斷開，KM4閉合，在切換至工頻帶動電機(jī)。

3.改造后的效果：

3.1風(fēng)機(jī)變頻改造后，通過計(jì)算，節(jié)能在38%以上，改造具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2采用變頻調(diào)節(jié)后，避免了啟動對電機(jī)的沖擊，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動，電機(jī)逐漸加速，基本上沒有對電機(jī)的沖擊，并且啟動噪音小。由于啟動緩慢，減輕了啟動機(jī)械轉(zhuǎn)矩對電機(jī)的機(jī)械損傷，有效的延長了電機(jī)的使用壽命。另外，轉(zhuǎn)速的降低也相應(yīng)地延長了許多零部件的壽命，特別是軸承的壽命。

3.3采用變頻調(diào)節(jié)后，啟動時(shí)間相應(yīng)延長，電機(jī)啟動電流大大降低，減少了對電網(wǎng)的沖擊。

3.4采用變頻調(diào)節(jié)后，降低了對電網(wǎng)質(zhì)量的污染，電機(jī)網(wǎng)側(cè)功率因素大于0 .9 5，并且變頻器輸入輸出諧波含量非常低，不需要濾波器就可以達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.5改善了工藝，降低了工作強(qiáng)度。由于變頻器可以非常平滑穩(wěn)定的調(diào)速，所以可以根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行速度。另外，完善了變頻器相應(yīng)的保護(hù)及故障報(bào)警等功能，有遠(yuǎn)程控制箱，操作人員在配電室按動按鈕即可啟停電機(jī)，變頻器的運(yùn)行狀況在遠(yuǎn)程控制箱有顯示，降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，為優(yōu)化運(yùn)營提供了可靠保證。