摘要:本文綜述了高壓變頻器的性能特點(diǎn)及系統(tǒng)原理,從節(jié)能、高效、環(huán)保等方面分析了高壓變頻器在攀鋼提釩煉鋼廠中大慣量高壓除塵風(fēng)機(jī)的應(yīng)用,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
關(guān)鍵詞:高壓變頻器  提釩煉鋼  低損耗絕緣柵雙極型晶閘管(IGBT)  脈沖寬度調(diào)制(PWM)
一、前言

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技術(shù)頻道

高壓變頻器在攀鋼提釩煉鋼廠中的應(yīng)用

摘要:本文綜述了高壓變頻器的性能特點(diǎn)及系統(tǒng)原理,從節(jié)能、高效、環(huán)保等方面分析了高壓變頻器在攀鋼提釩煉鋼廠中大慣量高壓除塵風(fēng)機(jī)的應(yīng)用,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
關(guān)鍵詞:高壓變頻器 提釩煉鋼 低損耗絕緣柵雙極型晶閘管(IGBT) 脈沖寬度調(diào)制(PWM)
一、前言
  時(shí)光荏苒,斗轉(zhuǎn)星移。彈指間,攀鋼提釩煉鋼廠的大方坯連鑄、兩座新轉(zhuǎn)爐以及除塵系統(tǒng)拔地而起,無(wú)不成為每個(gè)煉鋼廠人的驕傲,尤其是除塵系統(tǒng)的新建與改造,對(duì)大慣量高壓除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行要求很高。因此,我廠采用了國(guó)內(nèi)外五大公司的高壓變頻技術(shù),包括北京利德華福電氣技術(shù)有限公司、東方日立(成都)電控設(shè)備有限公司、美國(guó)羅克韋爾公司、美國(guó)羅賓康公司、法國(guó)阿爾斯通公司,分別使用的高壓變頻器有:HARSVERT-A(4臺(tái))、DHVECTOL-DI03000/06B(1臺(tái))、Power Flex7000(3臺(tái))、NBH(1臺(tái))、ALSPA MD2000(2臺(tái)),這五種高壓變頻器已成為攀鋼提釩煉鋼廠除塵系統(tǒng)中的一道風(fēng)景線,許多企業(yè)都來(lái)此參觀。其中,北京利德華福高壓變頻器(HARSVERT-A)的應(yīng)用最為廣泛,主要用于攀鋼提釩煉鋼廠的6#、7#轉(zhuǎn)爐的二次高壓除塵風(fēng)機(jī)(功率1600kW);4#、5#轉(zhuǎn)爐一次高壓除塵風(fēng)機(jī)(功率1400kW)的變頻調(diào)速。
二、HARSVERT-A高壓變頻器的系統(tǒng)原理及特點(diǎn)
1、高壓變頻器功率單元結(jié)構(gòu)原理
  功率單元結(jié)構(gòu)原理(圖1),是由二極管整流的三相全控橋、低壓絕緣柵雙極型晶閘管(IGBT)逆變橋、電容器組等元件組成的控制回路,為基本的交-直-交單相逆變電路,通過(guò)對(duì)IGBT逆變橋進(jìn)行正弦脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制,可得到功率單元輸出的PWM波形(圖2)。每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)一致,可以互換,而且當(dāng)某個(gè)功率單元出現(xiàn)故障時(shí),封鎖該功率單元IGBT的觸發(fā)信號(hào),然后讓旁路SCR導(dǎo)通,將這個(gè)功率單元隔離出去,而不影響其他功率單元的運(yùn)行,減少除塵風(fēng)機(jī)停機(jī)造成的經(jīng)濟(jì)損失,正好適應(yīng)了攀鋼提釩煉鋼廠的生產(chǎn)節(jié)奏。


圖1 功率單元結(jié)構(gòu)原理


圖2 功率單元輸出的PWM波形

2、高壓變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
  HARSVERT-A高壓變頻器屬于“高-高”電壓源型變頻器,由移相變壓器、功率單元、控制器、工控機(jī)、內(nèi)置PLC(S7-200)、液晶觸摸屏、外部接口、溫控器、檢測(cè)裝置、報(bào)警裝置等設(shè)備組成(圖3)。輸入側(cè)由移相變壓器給每個(gè)功率單元供電,移相變壓器的閥側(cè)繞組分為三相(A、B、C三相),構(gòu)成30脈沖整流方式,采用多級(jí)移相疊加的整流方式使負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為0.96(﹥20%負(fù)載)接近1,可大幅度改善網(wǎng)側(cè)的電流波形。輸出側(cè)由每個(gè)功率單元的U、V相輸出端子相互串聯(lián)而成星型接法給電機(jī)供電,通過(guò)對(duì)每個(gè)功率單元的PWM波形進(jìn)行重組,可得到階梯PWM波形(圖4),這種波形接近于標(biāo)準(zhǔn)正弦波,無(wú)須輸出電抗器濾波,可減少對(duì)電機(jī)和電纜的絕緣的損壞,對(duì)輸出電纜的長(zhǎng)度無(wú)特殊的要求。


        圖3 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖


            圖4 階梯PWM波形


3、高壓變頻器的電壓疊加原理
  移相變壓器的閥側(cè)繞組分為A、B、C三相,每相上有5個(gè)功率單元串聯(lián),共15個(gè)功率單元,每個(gè)功率單元的相電壓為690VAC,每相的相電壓為:V=690×5=3450VAC,那么其線電壓為:V= V= ×3450≈6000VAC(圖5)。


圖5 高壓變頻器的電壓疊加原理

4
高壓變頻器工頻旁路結(jié)構(gòu)
  工頻旁路是在高壓變頻器出現(xiàn)故障時(shí)為保證生產(chǎn)繼續(xù)進(jìn)行,所采用直接工頻啟動(dòng)電機(jī)的一種啟動(dòng)方式。攀鋼提釩煉鋼廠采用了一帶一手動(dòng)旁路(圖6)和自動(dòng)旁路(圖7)兩種形式。工頻旁路系統(tǒng)的使用,避免了因變頻器故障而造成高壓除塵風(fēng)機(jī)停機(jī)所帶來(lái)的影響,確保了攀鋼提釩煉鋼廠生產(chǎn)順利進(jìn)行,使攀鋼提釩煉鋼廠的安全環(huán)保事業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

6 一帶一手動(dòng)旁路 7 自動(dòng)旁路

三、HARSVERT-A高壓變頻器與電流源高壓變頻器的比較
  攀鋼提釩煉鋼廠現(xiàn)使用的高壓變頻器有HARSVERT-A高壓變頻器(電壓源型)和其他電流源型高壓變頻器,他們之間的比較見(表1)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和維護(hù)人員的反映,認(rèn)為HARSVERT-A高壓變頻器操作簡(jiǎn)單,維護(hù)方便。從(表1)中亦可看出。
HARSVERT-A高壓變頻器
電流源型高壓變頻器
輸入功率因數(shù)高
輸入功率因數(shù)低,需功率因數(shù)補(bǔ)償
對(duì)電網(wǎng)無(wú)諧波污染
對(duì)電網(wǎng)有諧波污染,需諧波抑制器
適用普通電機(jī)
不適用普通電機(jī)
控制電源掉電不停機(jī)
控制電源掉電立即停機(jī)
可一帶多運(yùn)行
不能一帶多運(yùn)行
不能四象限運(yùn)行
可四象限運(yùn)行,適用于制動(dòng)場(chǎng)合
模塊串聯(lián),可靠性高
存在器件串聯(lián)均壓?jiǎn)栴},可靠性低
中文界面操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定
中文界面操作簡(jiǎn)單、不穩(wěn)定
系統(tǒng)軟件有時(shí)出現(xiàn)故障,易處理
系統(tǒng)硬件有時(shí)出現(xiàn)故障,不易處理
維護(hù)人員易掌握處理故障的方法
維護(hù)人員不易掌握處理故障的方法

表1 HARSVERT-A高壓變頻器與電流源型高壓變頻器的比較

四、使用HARSVERT-A高壓變頻器后的優(yōu)越性
1、節(jié)能方面
  以4#、5#轉(zhuǎn)爐為例,每座轉(zhuǎn)爐公稱容積為120T,平均鐵水裝入量為120T,最大鐵水裝入量為140T,最大爐氣量為60000Nm3/h,吹煉時(shí)間為10min,冶煉周期為20min,爐氣含塵量為80g/Nm3--120g/Nm3,風(fēng)機(jī)升壓為19000Pa,風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1480rpm,電機(jī)電壓為6kV,電機(jī)功率為1400kW。轉(zhuǎn)爐的冶煉工藝從圖8中可看出,A點(diǎn)到B點(diǎn)為兌鐵加廢鋼時(shí)間2分鐘,B點(diǎn)到C點(diǎn)為風(fēng)機(jī)升速時(shí)間1分鐘,C點(diǎn)到D點(diǎn)為吹煉時(shí)間10分鐘,D點(diǎn)風(fēng)機(jī)開始減速,D點(diǎn)到E點(diǎn)為測(cè)溫取樣時(shí)間1分鐘,E點(diǎn)到F點(diǎn)為倒渣出鋼時(shí)間5分鐘,F(xiàn)點(diǎn)到G點(diǎn)為倒殘?jiān)鼤r(shí)間1分鐘。整個(gè)轉(zhuǎn)爐的冶煉周期為20分鐘,在C點(diǎn)到D點(diǎn)吹煉時(shí)變頻器以高速35Hz運(yùn)行,其它階段變頻器以低速18Hz運(yùn)行。以前沒有采用高壓變頻器時(shí),在整個(gè)轉(zhuǎn)爐的冶煉階段都是工頻50Hz運(yùn)行,4#、5#轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)月耗電量約為1680000kW·h,而使用了高壓變頻器后,4#、5#轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)月耗電量約為1050000 kW·h,根據(jù)電費(fèi)0.55元/度計(jì)算,每月可節(jié)約電費(fèi)約34.6萬(wàn)元。


圖8 4#、5#轉(zhuǎn)爐冶煉工藝簡(jiǎn)圖
2、增效方面
  使用了高壓變頻器后,除塵風(fēng)機(jī)根據(jù)冶煉工藝處于較低頻率下運(yùn)行,電流很小;另外實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng),避免了啟動(dòng)瞬間大電流對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊,減少了對(duì)風(fēng)機(jī)軸承、葉輪的磨損;而且也減少了風(fēng)機(jī)換轉(zhuǎn)子的次數(shù),每月可增加冶煉時(shí)間5小時(shí),按每爐鋼120T,冶煉周期為20min/爐,每噸鋼200元利潤(rùn)計(jì)算如下:
每月可多產(chǎn)鋼:
5×60÷20=15(爐)
每爐鋼按120噸計(jì)算,可多產(chǎn)鋼:
120×15=1800(噸)
每噸鋼按200元計(jì)算,每月可創(chuàng)效益:
1800×200=36(萬(wàn)元)
五、結(jié)論
  利德華福高壓變頻器(HARSVERT-A)在攀鋼提釩煉鋼廠已運(yùn)行了幾個(gè)月,其性能穩(wěn)定,節(jié)能明顯,大大提高了除塵系統(tǒng)的工作能力,改善了工作環(huán)境,提高了生產(chǎn)率,對(duì)安全環(huán)保事業(yè)的發(fā)展起到了一定的作用。因此,高壓變頻器在除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用是不可缺少的,在同行業(yè)中有很好的推廣性!

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