高压变频调速系统在烧结主抽风机上的应用

２０１６年第３期　总第１９３期　冶　金动　力　ＭＥＩ．ＡＩＪ．ＩＪＩｃＧＩｃＡＬ　ＰＯＷＥＲ　９　

高压变频调速系统在烧结主抽风机上的应用　王建华，，王少平ｔ，王慧华ｚ，吴春景ｔ　（１．邢台钢铁有限责任公司，河北邢台０５４０２７；２．邢台职业技术学院。河北邢台０４５０２７）　

【摘要】主要描述了邢钢２Ｉ烧结机主抽风机调速系统的改进方案。详细介绍了高压变频调速系统的工　作原理，与工频调速方式相比的优越性。通过风机调速方式的改进，达到了节能环保、节约资金的目的。此外，高　压变频调速系统可以延长设备的使用寿命，是一种节能有效的调速方式。　【关键词】高压变频；调速；节能　【中图分类号】ＴＭ９２１．５１　【文献标识码】Ｂ　【文章编号】１００６—６７６４（２０１６）０３－０００９－－０４　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ－Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　Ｓｐｅｅｄ　Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｍａｉｎ　Ｄｒａｆｔ　Ｆａｎ　ｏｆ　Ｓｉｎｔｅｒ　ＷＡＮＧ　Ｊｉａｎｈｕａ’，ＷＡＮＧ　Ｓｈａｏｐｉｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｈｕｉｈｕａ２，ＷＵ　Ｃｈｕｎｊｉｎｇ　《１．Ｘｉ，￣，ｔｏｉ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．；２．Ｘｉｎｇｔａｉ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉｎｇｔａｉ，Ｈｅｂｅｉ　Ｏ４５０２７，ｃ｝‘．眦）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ　ｕｐｇｒａｄｉｎｇ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｄｒａｆｔ　ｆａｎ　

ｏｆ　Ｘｉｎｇｔａｉ　Ｓｔｅｅｌ’ｓ　Ｎｏ．２　ｓｉｎｔｅｒ　ｐｌａｎｔ　ｉｓ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ　一　ｑｕｅｎｃｙ－ａｄｊｕｓｆｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｖｅｒ　ｐｏｗｅｒ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｐｅｅｄ　ｒｅｇｕ－　ｌａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｕｐｇｒａｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆａｎ　ｓｐｅｅｄ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ，ｔｈｅ　ｇｏａｌ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｓｔ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃ锄ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｓｅｒ￣ｅｅ　ｌｉｆｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｉｔ　ｉｓ　ａｌｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｓｐｅｅｄ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ．　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ａｄｊｕｓｔｉｎｇ；ｓｐｅｅｄ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　

１　引言　邢钢目前拥有２座１８０　ｍ２烧结机，分别于　２００３年和２００５年建成投产。２台烧结机平均日产烧　结矿９５００　ｔｏ烧结矿是高炉生产的重要原料之一，其　质量的好坏直接影响着高炉生产的顺行。烧结机的　关键设备之一就是主抽风机，它的任务是调节焙烧　炉内的气流和气压，而气流和气压调节得好坏直接　关系着烧结矿的质量。　在烧结机投产之后，主抽风机的风量调节方式　是风机在工频运行的情况下通过风门开度来调节。　这种调节方式简单易行，容易控制，但是由于风机在　工频高速状态下运行，增加了大量管网损耗，噪声污　染也相当严重，是一种浪费能源的高能耗低效率风　量调节方式。据粗略统计，烧结主抽风机的电能消耗　约占整个烧结厂电能消耗的一半左右。公司为了响　应国家节能减排的号召，同时又增加效益，决定对现　有风机的运行模式进行改进，将现有的工频运行方　式换为变频调速运行的方式，原有的工频运行设备　作为备用，两种运行方式可以相互切换。在变频器无　故障的情况下用变频方式控制风机的运行，改造结　果不但节省了能源，并且延长了设备的使用寿命。　２主抽风机控制系统　目前邢钢所用两台主抽风机是由英国豪顿公司　生产的Ｌ３Ｎ３５７５．０２．８４　ＤＢＬ６Ｔ风机，额定电压６ＯＯＯ　ｖ，额定功率６５００　ｋＷ，风流量１８５００　ｍ３／ｍ。风机驱　动系统采用ＳＩＥＭＥＮＳ三相同步电机及配套控制系　统。主抽控制系统采用ＳＩＥＭＥＭＳ￥７／３００　ＰＬＣ控制　系统，主要完成以下工作：　（１）起动控制，包括励磁机、变频器，高压柜、风　门等顺序控制及连锁。　（２）同步电动机保护及监控，包括同步电动机油　压和线圈、轴瓦温度、冷却水温度等工艺参数及状　态。　主抽系统主要由以下几部分组成：　①ｌ组６　ｋＶ开关柜（ｓｗＢ１和ｓＷＢ２）　②１台线路端变流变压器（ＴＲ１）　２０１６年第３期　总第１９３期　

冶　金　动　力　

ＭＥｎ　ＬＵＲＧＩＣＡＬ只　淑　

启动命令。启动命令从励磁装置传送到Ｓｉｍｏｖｅｒｔ　Ｓ　变流器。　（２）接收到启动命令后，Ｓｉｍｏｖｅｒｔ　Ｓ变流器向６　ｋＶ断流器ＭＢＭ发出闭合命令。　（３）接到断流器ＭＢＭ发出的闭合确认命令后，　Ｓｉｍｏｖｅｒｔ　Ｓ变流器向断流器ＭＢＭ发出闭合命令。　（４）接到断流器ＭＢＭ发出的闭合确认命令后，　Ｓｉｍｏｖｅｒｔ　Ｓ变流器输出脉冲，开始使电机运行。这时　“运行”信号通过Ｐｒｏｆｉｂｕｓ传送到ＣＭＡＣ　ＰＬＣ。　（５）励磁装置不断监测电路和电机电源的同步　性（频率和相角）在ＭＢＩ和ＤＳＣ的电压变压器输出　之间做比较。当达到同步时，励磁装置会闭合断流器　ＭＢＬ，同时阻断输出脉冲，打开断流器ＭＢＭ。　４高压变频调速系统　４．１　高压变频调速系统的介绍　邢钢２　烧结机变频控制系统于２０１４年６月　完工。改造后的主抽风机控制特点是根据风机转动　频率控制而不是靠调节风门的大小去控制，风机使　用同步电机可以在０～５０　Ｈｚ范围内调节，相对之前　控制的优点在于节约能源。　烧结机主抽风机使用的是由荣信公司生产的　ＲＨＶＣ型高压变频器，额定功率范围２０００～２００００　ｋＷ，额定电压６０００　Ｖ。控制系统是西门子Ｓｉｍａｔｉｃ　Ｓ７／２０ＯＰＬＣ，与原３００ＰＬＣ通过Ｐｒｏｆｉｂｕｓ　ＤＰ连接进　行通讯。高压变频器调速控制和已有的工频控制互　为冗余，当变频器出现故障时可以迅速切换到工频　启动及时开机。　４．２高压变频调速系统的组成和工作原理　高压变频调速系统的基本组成包括功率柜和变　压器柜两部分。　功率柜是由功率单元与和控制机两部分组成　的。功率单元是高压变频器的主体部分，电源频率及　电压的在这里完成改变，控制机是高压变频器的大　脑。功率单元主要由逆变电路、整流电路、驱动电路、　控制电路、通讯电路、指示电路、故障检测电路等组　成。功率单元的前端连接变压器，接收变压器供给功　率单元的电源，把具有同样功能和结构的若干个功　率单元串接成星型连接的三相高压电源，然后把这　个电源作为高压电动机的输入电源。通过控制机的　控制串接后的三相高压电源，可以完成电压及频率　的改变，这样就可以达到对高压电动机的调速的目　的。这里采用的结构完全一致的功率单元，可以互　换。　用一台具有特殊结构的干式整流变压器做成变　压器柜，它的原边通过装在旁路柜内的高压隔离开　关和与电网相连，副边绕组则根据变频功率单元的　级数和电压等级分成多组，连接功率单元内的功率　单元，为所有的功率单元供电。高压变频调速系统的　供电中心是变压器柜。功率单元正常工作所需的电　源是由变压器的原边接收网侧的高压电源，然后经　由副边降压和移相后提供的。经过移相向功率单元　供电后，变压器的多组副边绕组可以构成几十到百　余脉冲系列的多级移相叠加的整流方式，这种方式　极大的改善了网侧的电流波形，从而使得网侧的功　率因数得到提高，在不需要任何谐波抑制及功率因　数补偿装置下就可以把负载下的网测功率因数的数　值提升至０．９５以上。变压器的副边绕组具有相互独　立性，这样使的每个功率单元都具有相对独立的主　回路，这种结构的安全ｊ生和可靠性是特别高的。　变压器的原边首先通过高压隔离开关连接到母　线电网，母线电压经过多组副边绕组降压移相后，然　后输入到高压变频器，依靠高压变频器的输出直接　驱动高压电动机工作。　高压变频器启动时需要通过原有的ＰＬＣ传输　的开机信号（此信号由上位机画面给定），变频控制　器接收到开机信号后启动励磁机，经过直流励磁后　电机由０　Ｈｚ平滑启动，直至５０　Ｈｚ。　变频调速控制主要通过人工根据工况手动调节　频率值来实现抽风量的改变，目前还没有实现自动　控制。在正常生产的情况下，风门基本开到１００％，　从现场监控的数据来看，平均电流大概在４５０　Ａ左　右，而在过去工频运行的状态下电流就要达到６２０　Ａ，平均节约电能将近３０％，以０．５元／ｋｗ·ｈ计算，　一台６５００　ｋＷ功率的风机在工频运行下以１年　３３０天的运行量计约耗电费：　６５００Ｘ　３３０×２４×０．５＝２５７４００００元　节约电费为２５７４００００×０．３＝７７２２０００元。按理　想收益大概两年就能回收成本，经济效益十分明显。　除了显著的节电效果之外，主抽风机的变频运　行还有以下优点：　（１）与工频调速控制相比，高压变频调速控制优　化了风机的运行状况，减少了噪声污染，对管道的密　封陛能有所提高，提高了机组的稳定性。　（２）启动方便快捷，比工频运行时启动平均快５　ｍｉｎ，而且成功率高，之前经常由于相角校对延时而　影响正常启动。　（３）风机工频启动时的大电流对电网的冲击和　对风机，电机本身都造成一定的损害，影响风机和电