高壓大功率變頻器在新?lián)徜擁敶缔D(zhuǎn)爐生產(chǎn)中的應(yīng)用

一、背景情況
　　撫順新?lián)徜摕掍摱浚葱露挘S房始建于85年，89年正式投產(chǎn)，擁有
公稱15噸氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐3座（現(xiàn)已擴(kuò)容至公稱20噸），2001年產(chǎn)鋼量71萬(wàn)噸，2002年預(yù)計(jì)產(chǎn)量100萬(wàn)噸，2003年產(chǎn)鋼170萬(wàn)噸。
　　轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中，爐口會(huì)排出大量棕紅色的煙氣，煙氣溫度高、含有易燃?xì)怏w和金屬顆粒，按照我國(guó)1996年頒布的《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297一1996），對(duì)煙氣必須冷卻、凈化，由引風(fēng)機(jī)將其排至煙囪放散或輸送到煤氣回收系統(tǒng)中備用。新二煉生產(chǎn)采用“三吹三”方式，每個(gè)轉(zhuǎn)爐都配有一套除塵系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)采用二級(jí)文氏管煙塵凈化方式，煙道直徑Φ1.6m,煙氣輸送管線820mm，風(fēng)機(jī)型號(hào)D700，電機(jī)功率440KW/6KV。由于轉(zhuǎn)爐周期性間斷吹氧，為滿足節(jié)能和環(huán)保要求,要求風(fēng)機(jī)在整個(gè)煉鋼工作周期內(nèi)變速運(yùn)行，吹氧時(shí)高速運(yùn)行，不吹氧時(shí)低速運(yùn)行。原來(lái)采用液力耦合器調(diào)速，高速2700r/min（設(shè)計(jì)2900r/min），低速800r/min。由于液力耦合器技術(shù)的局限性，使得：
　　 調(diào)速范圍在30%～90％之間，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；而且，低速800r/min仍然偏高，造成能源浪費(fèi)，高速運(yùn)行時(shí)，液力耦合器有時(shí)丟轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)爐爐口冒煙；
　　 經(jīng)過(guò)10多年的使用，液力耦合器已嚴(yán)重老化，需經(jīng)常更換軸承，造成轉(zhuǎn)爐停產(chǎn)，不能滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要。
　　 電動(dòng)機(jī)的效率低，損耗大，尤其低速運(yùn)行時(shí)，效率極低；
　　 調(diào)節(jié)精度低、線性度差，響應(yīng)慢；
　　 啟動(dòng)電流仍比較大，影響電網(wǎng)穩(wěn)定；
　　 液力耦合器故障時(shí)，無(wú)法切換至工頻旁路運(yùn)行，必須停機(jī)檢修；
　　 漏油嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境污染大，地面被油污蝕嚴(yán)重；
　　鑒于液力耦合器存在上述眾多問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行改造已成當(dāng)務(wù)之急。
　　2001年底，二煉鋼開(kāi)始擴(kuò)容改造。為了提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，解決使用液力耦合器帶來(lái)的眾多問(wèn)題，新?lián)徜摏Q定進(jìn)行變頻改造。
二、變頻器改造方案
　　 要求變頻器要有高可靠性，長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)故障。
　　 要求變頻器有旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可使電機(jī)切換到工頻運(yùn)行。
　　 調(diào)速范圍要大，效率要高。
　　 具有邏輯控制能力，可以自動(dòng)按照吹氧周期升降速。
　　 有共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)設(shè)置，能使電機(jī)避開(kāi)共振點(diǎn)運(yùn)行，讓風(fēng)機(jī)不喘震。
　　經(jīng)過(guò)多方調(diào)研、比較，最后新?lián)徜撏本├氯A福電氣技術(shù)有限公司合作，共同制定了1號(hào)轉(zhuǎn)爐除塵風(fēng)機(jī)的變頻改造方案，改造方案如下：
1、設(shè)備配置
　　KM：變頻器供電的高壓真空斷路器
　　KG1、KG2、KG3： 真空接觸器
　　BPQ：HARSVERT-A06/080變頻器
　　DJ： 440KW/6KV異步電動(dòng)機(jī)。
　　KM為原有高壓開(kāi)關(guān)，KG1、KG2、KG3。
　　DJ為原有異步電機(jī)，如果將來(lái)擴(kuò)容到630KW/6KV普通三相異步電機(jī)，變頻器必須具備驅(qū)動(dòng)能力。
　　風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，如果變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障，應(yīng)將電機(jī)自動(dòng)切換到工頻電網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)前吹煉周期結(jié)束后，自動(dòng)斷開(kāi)KG3，檢修變頻器，變頻器檢修完畢后，通過(guò)復(fù)位按鈕，自動(dòng)返回原變頻調(diào)速狀態(tài)。如果在低速運(yùn)行，則立即斷開(kāi)KG3，開(kāi)始檢修。這樣，在變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)入工頻電網(wǎng)中，負(fù)載不用停機(jī)，滿足現(xiàn)場(chǎng)不能停機(jī)的要求。
2、電機(jī)及風(fēng)機(jī)參數(shù)
　 電機(jī)參數(shù)： 　　　　　　　　　　　風(fēng)機(jī)參數(shù)：
　　　型 號(hào)： JK134-2　　　　　　　　　型號(hào)：D700-13-2
　　　額定功率： 440KW　　　　　　　　 進(jìn)氣容積流量：700m3/min(混合煤氣)
　　　額定電壓： 6KV　　　　　　　　　 壓力增加值： 2600mmH2O
　　　額定頻率： 50Hz　　　　　　　　　進(jìn)氣溫度： 35℃
　　　額定電流： 50A　　　　　　　　　 主軸轉(zhuǎn)速： 2975rpm
　　　額定功率因數(shù)：0.89　　　　　　　 軸功率： 370kw
　　　額定效率： 92.5%
　　　額定轉(zhuǎn)速： 2970rpm
3、除塵風(fēng)機(jī)工藝要求
1）吹煉工藝周期
　　
　　A到B為兌鐵加廢鋼時(shí)間。
　　B到C為風(fēng)機(jī)升速時(shí)間，可以調(diào)節(jié)。
　　C到D為吹氧時(shí)間。
　　D點(diǎn)風(fēng)機(jī)開(kāi)始減速。
　　D到E為倒?fàn)t測(cè)溫取樣時(shí)間。
　　E到F為出鋼時(shí)間。
　　F到G為濺渣時(shí)間。
　　整個(gè)吹煉工藝周期約21分鐘，其中高速時(shí)間（C到D）12分鐘。高速定為45Hz,可以調(diào)節(jié)；低速定為5Hz,可以調(diào)節(jié)。
2）變頻器和現(xiàn)場(chǎng)接口
　　在B點(diǎn)，由現(xiàn)場(chǎng)提供一對(duì)閉合節(jié)點(diǎn)（氮氧轉(zhuǎn)換點(diǎn)），變頻器從低速向高速啟動(dòng)。在C點(diǎn)，變頻器到達(dá)高速后，給現(xiàn)場(chǎng)提供一對(duì)閉合節(jié)點(diǎn)（高速狀態(tài)節(jié)點(diǎn)），以便現(xiàn)場(chǎng)操作工進(jìn)行下氧槍工作。在D點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)向變頻器提供另一對(duì)閉合節(jié)點(diǎn)（風(fēng)機(jī)減速點(diǎn)），變頻器開(kāi)始降速，降速時(shí)間不作具體要求，但在減速過(guò)程中如果需要提速，變頻器應(yīng)能滿足提速要求。
　　風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、氮氧切換節(jié)點(diǎn)、氧槍位置節(jié)點(diǎn)三者滿足如下關(guān)系：
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)提供給變頻器的兩對(duì)節(jié)點(diǎn)（氮氧轉(zhuǎn)換點(diǎn)、風(fēng)機(jī)減速點(diǎn)）及變頻器提供給現(xiàn)場(chǎng)的高速狀態(tài)節(jié)點(diǎn)均為無(wú)源節(jié)點(diǎn)，具有2A/30VDC或0.8A/230VAC的容量。
3）變頻器技術(shù)指標(biāo)
　　輸入電壓 　　　　　　　　　　三相交流有效值 6.3KV±10％
　　輸入頻率 　　　　　　　　　　50±5Hz
　　輸出電壓 　　　　　　　　　　三相正弦波電壓0-6KV
　　輸出頻率 　　　　　　　　　　0-50Hz
　　頻率分辨率 　　　　　　　　　0.01HZ
　　加速時(shí)間 　　　　　　　　　　可按工藝要求設(shè)定
　　減速時(shí)問(wèn) 　　　　　　　　　　可按工藝要求設(shè)定
　　頻率設(shè)定方式 　　　　　　　　高低兩級(jí)速度，可在0-50Hz范圍內(nèi)調(diào)整
　　故障診斷及檢測(cè) 　　　　　　　自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)定位
　　網(wǎng)側(cè)功率因數(shù) 　　　　　　　　0．95（高速時(shí)）
　　過(guò)載保護(hù) 　　　　　　　　　　120％l分種（每10分鐘）、150％立即保護(hù)
　　防護(hù)等級(jí) 　　　　　　　　　　IP20
　　環(huán)境溫度 　　　　　　　　　　0-40℃
　　環(huán)境濕度 　　　　　　　　　　90%,無(wú)凝結(jié)
　　海拔高度 　　　　　　　　　　1000米以下
三、設(shè)備運(yùn)行情況
　　2001年底我公司向北京利德華福電氣技術(shù)有限公司定購(gòu)了一臺(tái)高壓變頻器，型號(hào)為HARSVERT-A06/080，2002年3月14日變頻器正式投入使用，我們認(rèn)為該變頻器的生產(chǎn)、安裝、調(diào)試周期都很短，總共僅有3個(gè)多月的時(shí)間，為1號(hào)轉(zhuǎn)爐按時(shí)投產(chǎn)提供了有力的保證。
　　1、 同原來(lái)使用液力耦合器比較，北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器有以下優(yōu)點(diǎn)：
運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。原來(lái)使用液力耦合器大概40天左右就必須更換軸承，每次需停爐半天左右，帶來(lái)的巨大的經(jīng)濟(jì)損失。HARSVERT-A變頻器具有免維護(hù)的特點(diǎn)，只需定期更換柜門上的通風(fēng)濾網(wǎng)，不用停機(jī)，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
　　2、節(jié)能效果顯著，大大降低了噸鋼電耗。
　　3、電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的軟啟動(dòng)、軟停運(yùn)，變頻器提供給電機(jī)的無(wú)諧波干擾的正弦波電流，降低了電機(jī)的故障次數(shù)。同時(shí)，變頻器設(shè)置共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期在共振點(diǎn)運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)工作平穩(wěn)，風(fēng)機(jī)軸承磨損減少，延長(zhǎng)了電機(jī)、風(fēng)機(jī)的使用壽命和維修周期，提高了風(fēng)機(jī)的利用時(shí)率。
　　4、變頻器自身保護(hù)功能完善，同原來(lái)繼電保護(hù)比較，保護(hù)功能更多，更靈敏，大大加強(qiáng)了對(duì)電機(jī)的保護(hù)。在變頻器調(diào)試期間，變頻器自動(dòng)保護(hù)，報(bào)電機(jī)過(guò)流。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)有一相線鼻子發(fā)生斷裂，電機(jī)缺相運(yùn)行，造成過(guò)流。我們及時(shí)進(jìn)行了檢修，避免了事故的擴(kuò)大化。
　　5、變頻器同現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)無(wú)縫接口，滿足生產(chǎn)的需要。變頻器內(nèi)置PLC，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)接入靈活。轉(zhuǎn)爐為變頻器提供一對(duì)高速、低速節(jié)點(diǎn)，變頻器按照節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)自動(dòng)高速、低速往復(fù)運(yùn)行；將以前儀表柜中的轉(zhuǎn)爐的煙氣流量、煙氣溫度信號(hào)接入變頻器，把儀表柜拆除，大大節(jié)約了場(chǎng)地。變頻器自帶轉(zhuǎn)速測(cè)定，原來(lái)同電機(jī)相連的測(cè)速器也被取消，由變頻器為現(xiàn)場(chǎng)直接提供電機(jī)轉(zhuǎn)速指示，
　　6、適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力強(qiáng)，有時(shí)電網(wǎng)電壓高達(dá)6.9KV，變頻器仍能正常運(yùn)行。
　　7、同液力耦合器比較，在加速期間大大減小了噪聲，削弱了噪聲污染。由于不用定期拆換軸承，減少了機(jī)油對(duì)環(huán)境的污染，使風(fēng)機(jī)房的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有了極大改善。
四、節(jié)能分析
　　改造之前，1＃2＃3＃轉(zhuǎn)爐的工況均相同，改造后1＃轉(zhuǎn)爐可以同2＃、3＃轉(zhuǎn)爐作對(duì)比，最終以噸鋼除塵電耗來(lái)分析節(jié)能數(shù)據(jù)。

設(shè)備名	上月表碼 （度）	本月表碼 （度）	倍率	電量消耗 (度)	鋼產(chǎn)量 （噸）	噸鋼除塵電耗 （度/噸）
1	90839	91998	120	139080	32811.368	4.28
2	93799	94630	120	99720	13851.840	7.20
3	01592	02420	120	99360	14010.504	6.88

　　
　　同液力耦合器比較，噸鋼除塵電耗平均減少2.76度/噸；
　　1＃轉(zhuǎn)爐年產(chǎn)鋼量今年預(yù)計(jì)為35萬(wàn)噸，電價(jià)為0.44元/度；
　　年節(jié)電總額為：35萬(wàn)噸×2.76×0.44＝425040元，節(jié)電率為39.2%。
　　同時(shí)由于HARSVERT-A變頻器的可靠性，避免了原來(lái)液力耦合器發(fā)生故障時(shí)，轉(zhuǎn)爐停爐造成高爐甩鐵的情況發(fā)生，其經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益也是是巨大的。
五、結(jié)束語(yǔ)
　　從幾個(gè)月的運(yùn)行情況來(lái)看，北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06/080高壓大功率變頻器性能好，可靠性高，節(jié)能效果明顯，滿足連續(xù)生產(chǎn)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的要求，我公司決定在2＃、3#轉(zhuǎn)爐改造中繼續(xù)使用，目前2＃、3＃轉(zhuǎn)爐配套的變頻器已達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，正在安裝調(diào)試中。