1.引言

濟鋼始建于1958年，是國內(nèi)十大鋼廠之一，是全國最大的中厚板生產(chǎn)出口龍頭企業(yè)，產(chǎn)品出口比例、中厚板的產(chǎn)量、成本、市場占有率、出口量等多項指標位居全國前列。隨著技術(shù)研究的進一步深入，在理論上和功能上國產(chǎn)高壓變頻器已經(jīng)可以與進口變頻器相比肩，但是受工藝技術(shù)的限制，與進口產(chǎn)品的差距還是比較明顯。選擇過高的電壓等級造成投資過高，回收期長。電壓等級的提高，電機的絕緣必須提高，使電機價格增加。電壓等級的提高，使變頻器中電力半導體器件的串聯(lián)數(shù)量加大，成本上升。

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。使得該項技術(shù)廣泛應用于冶金、石油、化工、電力、水泥、給排水、制藥、造紙、污水處理等各個行業(yè)。濟鋼燒結(jié)廠正是在這種形勢下，對配料除塵系統(tǒng)進行高壓變頻技術(shù)研究改造。

2.設備概況

機組的主要參數(shù)如下：

除塵風機參數(shù)

型號 Y4-73

風量 145000m3/h

風壓 4000Pa

電機參數(shù)

電機型號 YKK3554-6

額定功率 200KW

額定電壓 6000V

額定電流 24A

額定轉(zhuǎn)速 985rpm

3.高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

變頻調(diào)速是用變頻電源改變電動機定子繞組的頻率，從而改變同步轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)調(diào)速。變頻系統(tǒng)首先將電網(wǎng)中的交流電整流成直流電，再通過逆變器逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電，供給交流電動機，從而改變電機的轉(zhuǎn)速。這種方法具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能，規(guī)格系列齊全可以滿足各種不同需求，因而被廣泛采用，是最具發(fā)展前途的理想調(diào)速方法。特別是電流源型高壓變頻器在動態(tài)精度要求高的地方具有明優(yōu)勢，適用于軋機、提升設備的應用。三電平高壓變頻裝置，由于其器件較少，結(jié)構(gòu)相對簡單，較適合于3.3kv或4.16kv的電機應用。功率單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)的高壓變頻器，適合于風機水泵類負載，但不適合用在對動態(tài)要求很高的地方。

高壓變頻器通常采用風冷或水冷裝置，降低柜體內(nèi)的微環(huán)境溫度，確保功率器件的管芯溫度在允許值以下。一般對變頻器房間應設置空調(diào)設備，并對變頻器的出風處加裝隔熱的通風管道，將熱風直接排出室外。

3.1風光牌JD-BP37-240F高壓變頻器主要性能指標

變頻器功率 240KW

額定輸出電流 32A

輸入頻率 50HZ±5HZ

額定輸入電壓 6KV

允許電壓波動 ±20%

輸入功率因數(shù) ≥0.98

輸出頻率范圍 0~50HZ

輸出電壓范圍 0~6KV

頻率分辨率 0.01HZ

加速時間 可由用戶生產(chǎn)工藝設定

減速時間 可由用戶生產(chǎn)工藝設定

變頻器效率 ≥96%

過載能力 100%連續(xù) 160%連續(xù)1min 220%允許1.5S

防護等級 IP20

3.2 JD-BP37-240F高壓變頻調(diào)速器主要技術(shù)性能

3.2.1 高--高電壓源型變頻器，直接6KV輸入，直接6KV輸出，無須任何輸出變壓器或濾波器，適配于普通高壓電動機，對電機、電纜絕緣無損害。

3.2.2 輸入功率因數(shù)高，電流諧波小，無須功率因數(shù)補償、諧波抑制裝置。

3.2.3 單元電路模塊化設計，維護簡單，互換性好。

3.2.4 輸出階梯正弦PWM波形。

3.2.5 高壓主回路與控制器之間為光纖連接，強弱電隔離，安全可靠。

3.2.6 完善的故障檢測，精確的故障保護及準確的定位顯示和報警。

3.2.7 內(nèi)置PLC,易于改變控制邏輯關(guān)系，可靈活選擇現(xiàn)場控制/遠程控制，適應現(xiàn)場多變需求。

3.2.8 采用載波移相控制技術(shù)，大大抑制了輸出電壓的諧波成分，保證輸出波形是完美正弦波。

3.2.9 控制電源與高壓電相互獨立，無高壓可以檢測變頻器輸出，便于現(xiàn)場調(diào)試以及培訓操作人員，便于維護。

3.2.10 采用準優(yōu)化SPWM調(diào)制技術(shù)，電壓利用率高。

3.2.11 功率單元經(jīng)24小時高溫老化、150%負載試驗，可靠性高。

3.2.12 用戶操作監(jiān)控系統(tǒng)界面十分友好和完善，系統(tǒng)包括上位機、下位機、單片機。其中單片機給用戶提供一個4位LED數(shù)碼顯示屏和一個12鍵的小鍵盤操作平臺，可對變頻器進行全部操作，包括參數(shù)設置和各種運行指令。工控機用觸摸屏和通用鍵盤給用戶提供操作平臺，其功能更齊全。上位機放在總控室，可對多臺變頻器進行遙測、遙控。若只有一臺變頻器，上位機可省，或讓客戶自定。

3.2.13 可接收和輸出多路工業(yè)標準信號。

3.2.14 可打印輸出運行報表。

3.3高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

風光牌JD-BP37-240F高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接"高-高"變換方式，屬電壓源型，采用功率單元多電平串聯(lián)方式，以新型西門子IGBT為主控器件，全數(shù)字化控制，彩色液晶觸摸屏控制，以高可靠性、易操作、高性能為設計目標的優(yōu)質(zhì)變頻調(diào)速器。輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機

風光高壓變頻器，采用若干個低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出，所用的6kv高壓變頻器，變壓器有18組付邊繞組，分為6個功率單元∕相，三相共18個單元，采用36脈沖整流，輸入端的諧波成分遠低于國標規(guī)定 ,高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，單元電路的主電路如圖2所示。

圖1 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 單元電路主電路

3.4系統(tǒng)功能

（1）單元旁路功能

當某個功率模塊發(fā)生故障時自動旁路運行，變頻裝置不停機，但需降額使用，即在每個功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路，當功率單元故障時，封鎖對應功率單元IGBT的觸發(fā)信號，然后讓旁路SCR導通，保證電機電流通過，仍形成通路。為保證三相輸出電壓對稱，在旁路故障功率單元的同時，另外兩相對應的兩個功率單元也同時旁路。

（2）保護功能

① 過流保護。電機電流的160%,允許1min, 超過則立即保護。

② 過載保護。電機電流的120%,每10min允許1min（反時限特性），超過則保護。

③ 單元過壓保護。檢測每個單元的直流母線電壓，如果超過設定的數(shù)值，則變頻器進行過壓保護。

④ 單元欠壓保護。檢測每個單元的直流母線電壓，如果低于設定的數(shù)值，則變頻器進行欠壓保護。

⑤ 變頻器過熱保護。輸入側(cè)整流變壓器和功率單元放置溫度檢測元件，一旦超過溫度極限閥值，則變頻器進行過熱保護。

⑥ 缺相保護。缺相分輸入側(cè)缺相和輸出側(cè)缺相兩種。有相應檢測回路，缺相后則進行相應保護。

3.5常見問題的處理

風光牌JD-BP37-240F高壓變頻器具有高度的智能化水平和完善的故障檢測電路，并能對所有故障提供精確的定位，在工控機界面上作出明確的指示。用戶可以根據(jù)工控機顯示的故障信息，分別采取相應的處理措施。

為保證設備的可靠性，使設備最大程度不間斷運行。系統(tǒng)發(fā)生下列故障時，按照一般故障處理：變壓器輕度過熱，柜門連鎖故障，單元柜風機故障，工控機故障。對于一般故障的發(fā)生，系統(tǒng)不作記憶處理。在停機狀態(tài)下，如果存在這類故障，用戶還能進行啟動等操作。

系統(tǒng)發(fā)生下列故障時，按照重故障處理。單元重故障，變壓器嚴重過熱，以上重故障發(fā)生后，系統(tǒng)作記憶處理。故障一旦發(fā)生，系統(tǒng)報警并自動跳閘停機 .只有故障徹底排除后，才能重新開機。

4.系統(tǒng)改造方案

濟鋼燒結(jié)廠配料除塵風機電機的改造方案主回路如下圖3所示：

圖3控制方案接線圖

K0 用戶原高壓開關(guān)

K1、K2和K3 變頻器旁路開關(guān)柜高壓隔離開關(guān)

BPQ JD-BP37-240F高壓變頻器

M 高壓電動機

變頻器控制配料除塵風機為一拖一控制，旁路開關(guān)柜用于工/變頻切換。K1,K2和K3為三個高壓隔離開關(guān)，要求K2和K3不能同時閉合，在機械上實現(xiàn)互鎖。K3斷開，K1和K2閉合，風機變頻運行；K1和K2斷開，K3閉合，風機工頻運行。

5.項目實施情況

2005年5月6日，濟鋼與山東新風光電子科技發(fā)展有限公司正式簽定變頻器的供貨合同和技術(shù)協(xié)議。

2005年6月3日，變頻器運抵燒結(jié)廠庫房。

2005年8月21日至25日，變頻器本體安裝。

2005年8月26日，變頻器空載調(diào)試。

2005年8月27日至28日，變頻器帶載運行調(diào)試。

2005年8月29日至9月3日，變頻器試運行。

2005年9月9日，變頻器正式交接，我公司出據(jù)驗收報告。

6.現(xiàn)場運行情況

與原系統(tǒng)比較，引進山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器有以下優(yōu)點：

（1）運行穩(wěn)定，安全可靠。變頻器自正式投運以來，連續(xù)無故障運行，只需定期對變頻器除塵處理，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。

（2）可根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際粉塵濃度，通過變頻器調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速，達到除塵又節(jié)能的目的。

（3）減少了維護費用。由于對電機實現(xiàn)真正的軟啟動，軟停止，所以對電機、風機、擋板等各種設備以及電網(wǎng)的啟動沖擊大大減少，減少了設備的維護，延長了設備的使用壽命，大大降低了維護成本。

（4）減輕了值班人員的勞動強度。原配料除塵系統(tǒng)有多個可操作閥門，在工頻運行時，為了調(diào)節(jié)風量和滿足工藝要求，需經(jīng)常調(diào)節(jié)閥門，現(xiàn)場值班人員的操作繁瑣；變頻改造后，所有閥門始終處于打開位置，需要調(diào)節(jié)風量時，只需在值班室調(diào)節(jié)變頻器遠控箱的運行頻率即可，大大減少了現(xiàn)場人員的工作量，提高了工作效率。

（5）變頻器具有多項保護功能，十分完善。與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升保護等多項保護功能，更精確地保護了電機。

（6）節(jié)能效果顯著，大大降低了除塵電耗。為了對除塵系統(tǒng)變頻改造后的效果進行評價，在系統(tǒng)投入正常運行后對設備實際使用和節(jié)電情況進行了測定和數(shù)據(jù)分析。變頻改造前后工況相同，隨機抽取一個正常工作日，將系統(tǒng)切換工頻運行采用閥門調(diào)節(jié)風量，網(wǎng)側(cè)計量耗電量，然后將系統(tǒng)切換變頻運行，計量耗電量，具體數(shù)據(jù)如下表：

7.結(jié)束語

總之，山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-240F高壓變頻器在我公司燒結(jié)廠配料除塵風機上的改造是成功的，它不僅滿足了配料除塵系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，節(jié)能效果顯著，而且性能穩(wěn)定，運行可靠。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是比較先進、理想的調(diào)節(jié)技術(shù)，雖然初期投資較大，但由于其節(jié)電效果明顯，投資回收周期較短，因而其綜合經(jīng)濟效益還是較高的，從節(jié)能觀點出發(fā)，應充分采用變頻器技術(shù)。在能源越來越緊張的今天，相信風光高壓變頻器，在更多的行業(yè)，會有更好的表現(xiàn)。