產品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
唐山寶泰鋼鐵公司風機高壓變頻技改紀實
1前言
唐山新寶泰鋼鐵有限公司始建于2002年8月，2003年投入生產，是一家集燒結、煉鐵、煉鋼以及帶鋼生產、商貿于一體的民營股份制企業。公司現有員工3600人，公司主體設備有：92m2步進式燒結機三臺；10m3豎爐兩座；450m3高爐三座；50T氧氣頂吹轉爐兩座；石灰窯10座；四機四流連鑄機一臺；五機五流連鑄機一臺；180萬噸帶鋼生產線一條。2009年產鋼量200萬噸，主要產品為帶鋼，其余鋼坯外銷。
2需要改造的設備情況
利用高新技術來提高企業生產設備的管理水平和節能降耗已是各企業首選的手段之一。高壓變頻節能技術在我國的已接近世界同行的先進水平，并以產品性能穩定、服務及時、價格適宜等優勢深受國內企業接受和應用。
利用變頻器作為風量的調節最直接的效益就是節能降耗。采用變頻調速的主要特點是消除或減少擋板的節流損失，可自動調節轉速與負荷匹配，從而達到較佳的節能目的。一般情況下生產設備的節能可以通過兩種手段實現，一是減少運行時間；二是在滿足運行工況的前提下消減輸入功率，顯然第一種方法不適合連續運行的風機，那么利用變頻調速等節能技術可以消減輸入功率正合適不需要恒轉矩的風機、水泵類的設備。
唐山新寶泰鋼鐵有限公司2009年噸鋼煤消耗處于行業較高能耗水平。為了降低生產成本，廠領導決定對豎爐電除塵器風機、煉鐵廠出鐵場除塵風機、煉鐵廠礦槽除塵風機、3＃爐噴煤主排風機、煉鋼廠轉爐二次除塵風機加裝高壓變頻系統及輔助節能設備。需改造的設備參數如下：
燒結廠：1＃10m2豎爐HEP80-3電除塵器風機和2＃10m2豎爐HEP80-3電除塵器風機，額定功率：500kW/10kV，數量：2臺。
煉鋼廠：轉爐二次煙塵BLCM-24-14200布袋除塵器風機，額定功率：1600kW/10kV，數量：1臺。
煉鐵廠：1＃450m3高爐出鐵場BLCM-12-5500m2布袋除塵器風機和3＃450m3高爐出鐵場BLCM-12-5500m2布袋除塵器風機，額定功率：630kW/10kV，數量：2臺。
1＃450m3上料礦槽RMCM-3700布袋除塵器風機和3＃450m3上料礦槽RMCM-3700布袋除塵器風機，額定功率：500kW/10kV，數量：2臺。
3＃爐噴煤主排風機，額定功率：450kW/10kV，數量：1臺。
高壓變頻器性能的好壞，將直接影響著風機的安全穩定運行，因此變頻器的選擇至關重要。新寶泰鋼鐵公司領導對除塵風機系統節能技改工程改造前，收集了解了國內外變頻器的一些資料，經反復比較，經招標方式，選定山東新風光電子科技發展有限公司生產的JD-BP38系列8套高壓變頻調速系統，分別是JD-BP38-500F（4套）、JD-BP38-450F（1套）、JD-BP38-1600F（1套）、JD-BP38-630F（2套）對以上設備進行變頻改造。
3風光JD-BP38系列高壓變頻調速系統特點
山東新風光是國家高新技術企業，JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術、功率單元串聯多電平技術，其諧波指標小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。
風光牌高壓變頻器為高--高電壓源型模式，由移相變壓器，功率單元和控制器組成。前端由一個多繞組的隔離移相變壓器供電，采用30脈沖以上整流，功率單元每相采用低壓功率單元串接組成，風光高壓變頻器采用模塊化設計，互換性好、維修簡單。
風光JD-BP38系列高壓變頻器除具有一般普通變頻器的功能外，還具有以下性能特點：
（1）采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，讓控制更精準。
（2）飛車啟動功能：能夠識別電機的速度及轉向并在電機不停轉的情況下直接起動。為了適應國內電網波動大，系統提供旋轉中再啟動功能。從而在電網電壓波動超過＋15～－35％U0情況下，系統能夠提供有效過、欠壓保護；在電網恢復正常后，自動搜索跟蹤電動機轉速及轉向按照設定曲線恢復正常運行狀態，保證設備安全運行不跳閘。為了滿足不同現場對旋轉中再啟動功能的需求，系統提供完備的參數設定功能，真正適應現場運行工況要求。
（3）完整的工頻/變頻自動互切技術：現在的高壓變頻器一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發生故障時能使高壓電機轉至工頻運行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，時間較長，適應于無備用裝置或不需要自動切換的運行工況，自動旁路可在變頻器發生故障后直接自動轉換至工頻運行。新風光公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實現變頻故障情況下自動由變頻轉換至工頻運行狀態，還可實現在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻的功能，整個轉換過程不會對用戶設備的運行造成任何影響。
（4）旋轉中再啟動功能：運行過程中高壓瞬時掉電三十秒鐘內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動運行到掉電前的頻率。
（5）掉電3秒不停機功能。在高壓變頻器高壓失電3秒內，高壓變頻器自動減速繼續運行，3秒內恢復高壓變頻器從最后運行頻率開始恢復運行，3秒內高壓未恢復變頻器停機，30秒（可設置）內高壓恢復變頻器自動執行飛車啟動。
（6）線電壓自動均衡技術（星點漂移技術）：變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相同的電壓，而線電壓自動均衡技術通過調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。在運行中，如果有任意三個單元以內出現故障，變頻器本身會自動旁路該單元，同時變頻器主控系統具有星點漂移功能，使三相輸出線電壓保持平衡，不會對電動機造成不利影響。
（7）具備突發相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。變頻器在發生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發生。
4設備改造情況
變頻器設備接入用戶側高壓開關和擬改造電機之間，變頻器控制接入原有的DCS系統，由DCS系統來完成正常操作。為了充分保證系統的可靠性，變頻器加裝工頻旁路裝置，可在變頻回路故障時將電機切換至工頻狀態下運行，根據用戶要求切換方式為手動切換。
根據用戶現場要求，采用8臺高壓變頻器分別對風機一拖一控制，選用高壓變頻器型號如下表所示。
4.1風機設備改造變頻選型
此次唐山寶泰鋼鐵公司風機變頻技改項目選用高壓變頻器如下表1所示。
4.2一次回路及保護
風光高壓變頻調速系統由一次回路進線柜（旁路柜）、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護過程中或變頻器出現故障時，將電機投入到工頻電網運行，保證生產不受影響。變頻運行時，變頻器為電機提供全面的保護。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖1所示。
DL：用戶高壓真空斷路器
K1、K2、K3：高壓變頻器內置高壓隔離開關
BPQ：JD-BP38系列高壓變頻器
D：高壓異步電動機
圖1手動旁路柜中，共有3個高壓隔離開關，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動機構，實現電磁互鎖。當K1、K3閉合，K2斷開時，電機變頻運行；當K1、K3斷開，K2閉合時，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調試。
旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖， DL合閘時，絕對不允許操作旁路隔離開關與變頻輸出隔離開關，以防止出現拉弧現象，確保操作人員和設備的安全。
故障分閘：將變頻器“高壓分斷”信號與旁路柜“變頻投入”信號串聯后，并聯于高壓開關分閘回路。在變頻投入狀態下，當變頻器出現故障時，分斷變頻器高壓輸入；旁路投入狀態下，變頻器故障分閘無效。
保護：保持原有對電機的保護及其整定值不變。
4.3對原設備液耦處理
1#出鐵風機、3#出鐵風機、鋼廠二次風機原有設備裝有液力耦合器。在變頻改造時，對原液耦處理考慮有兩種方式：一是將原液耦拆除，用連接軸代替液力耦合器，電機位置不動；二是將電機向前移動，直接與風機相連。在本次改造中，采用第二種方式。
5設備現場使用情況
變頻器于8月30日設備開始安裝，9月18日至10月2日調試和上高壓帶電機調試，在調試過程中，故障報警可靠，連鎖可靠，各種保護完備，變頻或工頻試運行正常。
用于新寶泰鋼鐵有限公司鋼廠、鐵廠風機的高壓變頻節能改造項目的8臺套變頻器，節電改造后，通過連續72小時滿負荷試運行考核，10月2日變頻器全部投入生產運行，至今運行正常。
在運行期間，高壓變頻器控制精度高，系統運行穩定。工頻、變頻及切換運行正常，各項指標均達到設計要求。
安裝在鋼廠、鐵廠的8臺套的變頻器設備調試進行了以下內容：
?。?）變壓器初級涌流和次級靜態電壓測量；
（2）單元分立測試；
（3）變頻器空載測試；
?。?）變頻器拖動電機空載運行；
?。?）變頻器拖動電機負載載運行；
?。?）測試變頻器的功能有：就地控制、軟起動、變頻調速等。
使用變頻器后，風機電機消耗功率明顯減小，實現了風機電機軟起動及無級調速。用變頻器起動電機，沒有起動電流沖擊，避免了對電機及電網的沖擊，調速精度高。降低電機轉速的同時，電機軸承溫度下降，機械磨損下降，從而延長電機和設備的使用壽命，降低了設備的維護費用。
經過新寶泰鋼鐵公司能源中心、各分廠測試和計量，系統達到了預期的節能效果。10月18 日至 11月5日完成改造后的數據采集，變頻運行計量10月18 日 至10 月 21日（三天）；工頻運行計量 11月 1 日 至 11 月3 日（三天）。風機工頻與變頻運行數據統計如下表2、表3所示：
實施變頻節電改造后，使8套風機電機總輸入功率由原來的3410.79kW降至2078.44kW，節電功率為1332.35kW，節電率達39.06%，年可節電959.29萬kW·h（運行時間按300天/年計），電費按0.56元/kW·h計，年節約電費537.20萬元，節電效益十分明顯。
6結束語
風光牌JD-BP38系列高壓變頻器共8臺套，系統安裝合格，各項參數指標達到技術要求，且順利通過現場試運行，現已投入生產運行。項目改造是成功的，達到了預期的設計要求，具有非常顯著的經濟效益和社會效益。隨著國家“十二五”期間對節能減排工作的支持力度空前加大，高壓變頻器正迎來黃金歷史發展階段。
