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  高压变频调速系统在炼钢厂除尘风机上的应用

   

      近年来，节能降耗在各行各业中得到了共识，炼钢厂是整个炼钢系统的重要分厂，所需能耗占总成本较大比例。随着电力电子技术的飞速发展，变频技术已经日趋成熟，由于其良好的节能效果，高压变频装置已经广泛的应用于冶炼行业的各个场合。本文重点介绍了我厂使用的Nzx-Y06/173高压变频调速系统在转炉二次除尘风机上的应用情况。分享对变频装置可靠性、节能效果、使用的一些经验。

     一、引言 

      建设资源节约型、环境友好型企业，是我国和谐社会建设进程中必须坚持的一项基本国策。特别是近期国家提出的负能炼钢技术，这就要求企业千方面计把能耗降低，高压变频器技术全面推广对钢铁行业清洁生产意义重大。除尘风机作为转炉的主要辅助设备之一，未加装变频器时采用定速运行，风量只能由出口调节风门来控制，节流损失大、管损严重、系统效率低，造成了能源浪费。

        二、项目简介

      富宝钢铁有限公司2009年初决定对两座60吨转炉安装二次除尘设施，配套650000m3除尘系统，原系统在设计时设计了传统的液力偶合器调速系统方案，应以节能降耗作为目标，最终采用高压变频调速系统替换了液力偶合器调速系统，加装了北京能之星电器公司生产的高压变频调速系统。以下对加装高压变频调速系统实际使用、调试中的一些情况进行分析。

         三、设备简介

  北京能之星电器公司生产的HIVERT-Y06/173高压变频调速系统有如下特点：

      1.采用单元串联技术，谐波含量输入、输出谐波含量低，优于国家标准，输入功率因数达0.96。无需安装滤波器和功率因数补偿装置，可直接驱动普通电机；

      2.功率单元与控制系统光纤通讯，强弱电之间完全隔离，提高了系统抗干扰能力；

      3．系统控制电源采用220VAC和高压主电源降压隔离后双路供电，供电系统与直接在线热备份，系统运行更可靠、操作更简便。

      4.内置I/O接口板与用户信号连接，无需PLC和工控机，避免了由于温度过高导致工控机硬盘损坏而使系统瘫痪，特别适合炼钢厂高温、灰尘大等恶劣条件；

      5.采用一体化设计，现场接线简单；

   

      四、主要技术性能指标

   

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  型号	Nzx-Y06/173
  变频器容量(kVA)	1800
  适配电机功率(kW)	1400
  输入电压（kV）	6
  每相串联单元数	5
  输 入 频 率	50Hz±10%
  额定输入电压	6kV（-20%～+15%）
  调 制 技 术	空间矢量控制的正弦波PWM技术
  效率（含变压器）	额定负载下>0.96，变频部分>0.98
  输出频率范围	0Hz~120Hz
  输出频率分辨率	0.01Hz
  过 载 能 力	120%2分钟；150%5秒；200%立即保护
  上 位 通 讯	隔离RS485接口，MODBUS规约
  开关量输入输出	12输入/9输出(输出可扩展)
  运行环境温度	-5~+45℃
  防护等级	IP30

   

     五、系统实施方案

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                                                图1 一次回路图

•     系统配备手动旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，QS21与QS22采用一个双刀双掷隔离开关，实现自然机械互锁。当QS1、QS22闭合，QS21断开时，电机变频运行；当QS1、QS22断开，QS21闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。

      旁路柜必须与上级高压断路器QF连锁，旁路柜隔离开关未合到位时，不允许QF合闸，QF合闸时，绝对不允许操作隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。

      合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号与旁路柜“工频投入”信号并联后，串联于高压开关合闸回路。在变频投入状态下，变频器故障或不就绪时，上级高压开关（断路器QF）合闸不允许；旁路投入状态时，合闸闭锁无效。

      故障分闸：将变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投入”信号串联后，并联于高压开关分闸回路。在变频投入状态下，当变频器出现故障时，分断变频器高压输入；旁路投入状态下，变频器故障分闸无效。

        六、运行情况及节能统计

      变频调速系统是国家推广的十大节能工程之一，对于异步电动机而言，它的转速n与电源频率f，转差滤s，电机极对数p有关，n=60f(1-s)/p，由流体力学理论可知，流体流量与转速的一次方成正比，其转矩与二次方成正比，其功率与三次方成正比，转速降低时，电机的能耗将以三次方的速率下降，然而从一般调节风量的方法来看，是通过改变挡板的开度来实现的，但是在此情况下电机仍然全速运行，于是有很大一部分能力被损耗在挡板上。

      变频装置是通过改变电源频率f来调节电动机转速的，可以看出n与f的线性关系，转速调节范围宽，因此装置所带的风机都使挡板全开的，且随炼钢工艺中不同时段所需的风量大小都不一样，装置节约的能量就是浪费在挡板上的这一部分能量。

  以下为加装变频调速装置前后的运行参数：

   

  除尘风机	频率	电流	消耗功(KW)
  工频(额定值)	50HZ	192A	1400
  变频	35HZ	50A	600

      年节电量统计：

      1、直接经济效益

      根据除尘风机实际运行情况，参照风机的额定值统计，使用变频器后，少消耗功率800KW/小时,我厂实际节电如下：

      全年节电（按10个月统计）：

      800kW x10月x30天x24小时x0.55元=316.8万元。

      2、间接经济效益

      （1）工频启动时，电机承受6-8倍的冲击电流，而采用变频启动后，电动机由于软启动，启动电流小，启动过程平稳，对电网或电机没有冲击，对风机也不产生大的启动转矩冲击，可延长设备使用寿命，降低维修费用，减少维修改造量。

      （2）采用变频运行后，由于电机轴功率下降，除尘风机转速降低，减轻了机械振动和噪声，可延长设备使用寿命，改善了劳动环境；

       六 结束语：

•     实践证明，风机采用变频器调速后，取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式，并且机械的转速降低后，机械的磨损减少，使用寿命延长，同时设备运行可靠性提高，延长了设备检修周期，减少了维护量及维修费用，直接和间接经济效益都很可观。公司看到高压变频器调速的前景，正拟对转炉一次除尘进行改造，为响应国家环保、节约型社会而谋略。

                                                                                 设备现场实景图

                    设备用途

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                                             国家电控配电设备质量监督检验中心的检验报告

                                                            北京能之星电器设备有限公司

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