高压变频调速在除尘风机上的应用

第３２卷２０１４年第３期（总第１７１期）　使用与维护　高压变频调速在除尘风机上的应用　单立国　（唐钢炼铁厂南区唐山０６３００）　

【摘要】介绍了高压变频器在除尘风机上的应用及发现的问题。对改造前后的耗电及设备运行情况进　行了对比，交流变频调速器显示了适应性强、可靠性高、操作方便、保护设备等优势。　【关键宇】风机变频风道可靠性保护设备　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ－Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｖａｒｉａｂｌｅ—Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｓｐｅｅｄ　Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｄｅｄｕｓｔｉｎｇ　Ｆａｎ　

ＳＨＡＮ　Ｌｉ—ｇｕｏ　Ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ｚｏｎｅ　ｏｆＴａｎｇｓｔｅｅｌＩｒｏｎｍａｋｉｎｇＰｌａｎｔ，Ｔａｎｇｓｈａｎ　０６３００）　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅ　ｖａｒｉａｂｌｅ一￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｄｕｓｔｉｎｇ　ｆａｎ　ａｎｄ　￣ｕｎｄｅｄ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｂｙ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ　ｂｅｆｏｒｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ，ＡＣ　ｖａｒｉａｂｌｅ一￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｐｅｅｄ　ｒｅｇｕｌａｔｏｒ　ｓｈｏｗｓ　ｓｏｍｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｈｉｇｈ　ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ，　ｈｉｇｈ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｅａｓｙ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］Ｆａｎ，ｖａｒｉａｂｌｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ａｉｒ　ｄｕｃｔ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　

１前言　唐钢炼铁厂南区现有１座高炉、１条烧结生产　线，是用电耗能大户。高压交流变频调速是２０世　纪９０年代迅速发展起来的新型电力传动调速技　术。采用北京利德华福生产的１０ＫＶ变频器用于　交流电动机的变频调速，其技术和性能远远胜过　以前的调速方式（液力偶合器调速）。在对炼铁厂　南区３２００ｍ３高炉烧结机整粒除尘风机、东西出铁　厂除尘风机、原料库除尘风机进行高压交流变频　调速改造后，节电明显。　２工况简述　原料库为高炉生产提供原料，原料库除尘风　机的作用是把上料过程中产生的灰尘集中收集处　理。改造前低谷运行时液力耦开度低，电动机负　载率、功率因数低，能耗大。　整粒除尘风机主要负责ＬＳ皮带、成品筛的除　尘，扬尘点多。皮带下料及筛分烧结矿石产生大　量烟尘，整粒除尘由电动机直接带动风机，一般运　行时风门开度保持在５２％，浪费了大量的电能。　高炉出铁时会有大量的黄烟，并伴有废气和　灰尘，３２００ｍ　高炉每次出铁大约１３０ｍｉｎ，间隔　１２０ｍｉｎ，通过炉前除尘风机引出由布袋除尘进行　一１８一　处理。改造前通过液力偶合器控制布袋除尘箱体　压差调节除尘效果，出铁时高转速，不出铁时低转　速。电动机在额定转速下运行，设备利用率低。　３２００ｍ　高炉年产２９０万ｔ以上，为节能减排，对　整粒除尘风机、出铁厂除尘风机和原料库除尘风　机所配置的１０ｋＶ／１０００ｋＷ、１０ｋＶ／２０００ｋＷ、　１０ｋＶ／１６００ｋＷ电动机进行变频改造，目前运行情　况良好，而且调节简单、省时省力，耗电量比改造　前明显减少。　

３变频器节能原理　３．１　变频节能　交流异步电动机转速ｎ与电源频率　、转差　率　、电动机极对数Ｐ有关：　

ｎ：　二　（１）ｎ　—　，＿————一　（１）　Ｐ　高压变频器是通过改变电源频率来进行调速　

的，转速ｎ与电源频率　成线性关系，调速范围　广，而且不存在挡板和阀门节流等带来的功率损　耗，从而实现节能目的。　传统的节流调节是通过改变挡板或阀门的开　度实现的。在这种调节方式下，电动机总是处在　全速运行状态，但实际机组负荷需要不断调整，因　使用与维护　第３２卷２０１４年第３期（总第１７１期）　此传统调速方法存在严重的电能浪费。　风机、泵类的流体流量与泵、风机的转速一次　方成正比：　ｎ　＝　Ｑ＝（　）Ｑ。　（２）　

Ｙ　０　０　０　泵、风机的转矩与转速二次方成正比，而其功　

率尸则与转速三次方成正比，即：　

＝（　）　ｊＰ＝（　）　Ｐ。　（３）　０　０　０　以上式中：Ｑ，　——流量和转速，脚标“０”表　

示额定工况参数。　从（１）～（３）式中可以看出，当转速减小时，电　动机的能耗将以其三次方的速率下降，因此，采用　高压变频器调速节能效果非常显著。如流量有　１００％降到７０％时转速相应降到７０％，而电动机的　功率降到３４．３，即节电６５．７％。　３．２提高功率因数节能　电动机定子绕组和转子绕组通过电磁作用而　产生力矩。绕组由于其感抗作用，对电网而言阻　抗作用成感性，电动机在运行时吸收大量的无功　功率，造成功率因数很低，采用变频调速后，其性　能已变为：ＡＣ—ＤＣ—ＡＣ，在整流滤波后，负载特性　发生变化，变频调速对电网的阻抗特性呈阻性，功　率因数很高，减少了无功损耗。　３－３　变频自带软启动节能　在电动机全压启动时，由于电动机的启动力　矩需要，要从电网吸收７倍的电动机额定电流，而　大的启动电流即浪费电力，对电网造成的电压波　动损害也很大，增加了线损。采用软启动后，启动　电流从０到电动机额定电流，减少了启动电流对电　网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备　的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。　

４功率单元串联式多电平电压源型变频器原理　此高压变频器属于“高一高”电压源型变频器，　由移相变压器、功率单元和控制器组成，结构如图　１所示。　在结构中１０ｋＶ系列有２４个功率单元，每８个　功率单元串联构成一相。变频器输出侧由每个单　元的ｕ、Ｖ输出端子相互串接而成星型接法给电动　机供电，中性点浮空。虽然每个功率单元输出的都　是等幅ＰＷＭ电压波形，但相互问有确定的相位偏　移，通过串联叠加，可得到正弦阶梯状ＰＷＭ波形。　变频器采用这种单元串联的结构，使变频器可以　

图１高压变频器的组成　机　实现单元旁路功能（该功能为选件），当某一个单　元出现故障时，通过使功率单元输出端子并联的　继电器Ｋ闭合，将此单元旁路出系统而不影响其　他单元的运行，变频器可持续降额运行，可减少很　多场合下突然停机造成的损失。　

５变频前后耗电情况对比　将高压变频器应用在３２００ｍ　高炉整粒除尘风　机、出铁厂除尘风机、原料库除尘风机的节能改　造后，目前高压变频器运行稳定，平均节电率１０％　以上，取得了显著的经济效益。表１是安装高压变　频前后数据对比。　

６改造过程简述　为铺设电缆方便，减小安装成本，根据现场环　境的实际情况，将变频器室建在了现场及高压配　电室距离适中的场地。高压变频器改造时，因电　动机功率不是很大，原开关柜的控制与继电保护　继续使用不需要更改。动力电缆保留了原高压柜　至电动机的电缆，将此电缆与新电缆中间做接头，　作为高压电动机至变频器的电缆。再由高压变频　器铺设一根动力电缆引至高压开关柜。其余控制　联锁信号电缆新放，这样施工过程独立，减少对接　时间和工作量。　

７改造后出现的问题及解决方案　改造后运行期间变频室温度过高，冷却效果　不理想，容易造成变频功率单元过热停机。变频　器主要的散热设备是变频功率单元和移相变压　器。由于变频器室外部环境差粉尘多，而且高压　变频器冷却风机是通过风道向外排热，使室内产　生负压造成室内粉尘太大，将变频器柜散热过滤　网堵住，不利于散热，同时高压变频器积尘过多造　成高压绝缘降低甚至断路放炮事故。经分析决　定，移相变压器散发的热量由风道排出，将功率单　

一ｌ９一　第３２卷２０１４年第３期（总第１７１期）　使用与维护　元所处柜子的风道封堵，室内增加空调，这样室内　负压降低，减少了灰尘的进入，又降低了室内及设　备本身的温度。在以后的运行中，定期清理变频　器柜的过滤网，清扫变频器室内的卫生，保证室内　的清洁，使散热通畅设备稳定运行。　８变频改造总结　根据部分风机高压变频器的安装及使用情　况，变频器改造有以下优点：安装简单，在原高压　开关柜与电动机之间安装变频器，对原有接线改　动不大。操作使用方便，变频器操作只有简单的　开机、停机和变频调整。能进行无极调速，调速范　围广，且调速精度高，适应性强。保护功能完善，　故障率低，排风机启动平稳，启动电流小，可靠性　高。电动机不需长期高速运行，工作电流大幅度　下降，解决了电动机温升高的问题，节电效果明　显。由于变频器取代了液力耦调速，消除了机械　及液压高故障率的缺陷，设备维护费用降低。电　动机运行振动及噪声明显下降，轴承温度也有很　大的下降。　交流变频调速器以适应性强、可靠性高、操作　使用方便等性能，受到用户的欢迎。在调速、节　电、软启动方面，对企业有很大的使用价值。　（２０１３－０１—１５收稿）　

ｅ　牙　呤　蛤　＃　；　；　；　嵋、　｝　ｓ　蠕　Ｎ　蛄　坊ｅ　；　、　；　、　ｆ　［上接第１７页］　

的强度。混凝土浇筑后应重视其养护工作，采取　带模保温保湿条件下的养护，应按规范规定，浇水　养护时间一般混凝土不得少于７ｄ，掺外加剂或有　抗渗要求的混凝土不得少于１４ｄ。提高混凝土的　密实度和抗渗性　。　

３结论　后浇带的设计、施工是保证结构有效连接重　要环节，目前除执行现有的规范规定的要求外，还　要了解各种规范的差异，灵活套用规范和根据工　程性质、特点、作用认真设计，精心施工，不能想当　然，搞一刀切才能保证工程项目的整体性、完美性　

一２０一　

和实用性，才能达到提高工程质量的真正目的。　目前成功应用于鞍钢的新四号高炉出铁场及新五　号高炉出铁场中，并得到了多方的认可。　

参考文献　【１】《混凝土结构设计规范》（ＧＢ　５００１０－－２０１０）．　【２】唐世增．浅谈后浇带的设计与施工ＵＪ．中国水运　（学术版）：２００７，（１１）．　［３】史美生．膨胀混凝土的裂缝问题讨论Ｕ１．混凝土：　２００１．　【４】吕涛．混凝土后浇带分段施工方法初探Ｄ】．科技咨询　导报：２００７，（２３）．　（２０１２－１卜１５收稿）