高壓變頻器在燒結主抽風機系統上的應用

趙云萍（天津天鐵冶金集團煉鐵廠，河北涉縣056404）

0 引言

過去主抽風機多采用降壓啟動方式，比較常見的包括水電阻軟啟動及熱變電阻軟啟動。軟啟動方式存在啟動電流較大、無法精準調節風量和負壓等參數、對環境溫度要求高、維護工作量大、不能多次連續啟動等多種問題。當電機過大時，軟啟動裝置無法提供足夠的啟動轉矩來滿足電機的降壓啟動。采用西門子高壓變頻啟動解決了上述問題。同時，在主抽風機運行上采用變頻控制，能夠實現風機速度的平滑調節，大幅降低能耗，節約生產成本。

1 高壓變頻在風機上的應用

1.1 在風機啟動時的應用

采用高壓變頻啟動風機電機，利用變頻器的特性，可以使電機啟動時對電網的沖擊值達到最小，啟動曲線平滑，同時避免電機啟動時大電流沖擊對電機和風機的損壞，使電機、風門及風機的檢修周期和壽命可延長1/3，減輕維修工作量，減少備件的使用及維修費用，同時起到保護電動機和電網的作用。

1.2 在主抽風機運行中的應用

通過實時對抽風機轉速的調節來實現對生產中風量、負壓的調節。與傳統的控制系統相比，其主要優勢在于：

（1）電機的軸輸出功率可以根據生產的實際情況隨時調節，使電機總是運行在最佳經濟點上，電網節省了大量電能，運行成本大大降低，從而降低了燒結礦噸耗成本。

（2）完美無諧波高壓變頻采用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出。該變頻器具有對電網諧波污染極小，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發熱、轉矩脈動、噪音、dv/dt及共模電壓等問題的特性；不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，包括國產電機；輸出電壓非常接近正弦波，dv/dt很小。圖1為完美無諧波變頻器輸出的電壓及電流波形。

（3）提高了生產作業率。使用變頻器調節風量，能夠使調節更加精準，整個控制系統故障率極低，提高了產量和質量。

1.3 利用變頻器的跳頻功能避開風機在喘振區運行

抽風機運行在喘振區時，不僅經常會由于振動超標引起保護性跳閘，而且還會引起嚴重的設備問題，造成設備損壞。通過在變頻器中設立一個特定的頻率段，使變頻器快速的通過該頻率段，避免了風機在喘振區運行并發生喘振，使設備運行更加平穩，減少了對機械設備的沖擊。變頻運行使風機的運行狀況得到優化，大幅度地降低了噪音，提高了機組的穩定性。

圖1 完美無諧波變頻器輸出的電壓及電流波形

1.4 變頻器斷電維持功能

主電源瞬時掉電5個周期內可滿載運行不跳閘，掉電10s內不停機,最大限度地維持運行。變頻器在工作時，可以承受電網電壓波動至65%的影響而不跳機。

1.5 應用先進的自動控制模型

風量分析模塊：對系統風量等實時數據進行檢測，并根據生產實際情況，采用數據分析模型對主抽有效風量進行計算，確定風量需求，并考慮管道及設備漏風情況，確定風機總風量需求。壓力分析模塊：對系統負壓等實時數據進行檢測，根據生產實際情況，采用數據分析模型對燒結負壓進行計算，并考慮管道及設備壓降情況，確定風機在所需風量條件下的負壓需求。燒結終點分析模塊：對燒結溫度等實時數據進行檢測，并通過對燒結狀態的檢測與診斷，得出當前的燒結終點（BTP）狀態并做出變化趨勢判斷。風機控制模塊：系統對風量與負壓需求進行分析，并結合當前燒結終點（BTP）狀態及變化趨勢對變頻器輸出頻率進行修正。由于新一燒為雙風機燒結系統，為避免風機的不平衡運行，出現搶風現象使系統發生震蕩和波動，自動對風機狀態進行調整，使得風機工作在平衡運行狀態。系統監控模塊：對整個系統進行實時監控，在發生故障時進行報警，并記錄故障信息。數據存儲模塊：根據需要記錄各種實時數據信息，以供歷史信息查詢及數據信息分析。自動控制模型：根據系統工況對變頻器輸出頻率進行修正，保證對系統風量、負壓的控制更為準確。

2 西門子變頻器在燒結風機上采用的啟動方案

燒結風機電機的變頻器采用一拖一方式運行，電動機功率為7 100 kW，2臺；變頻器選用西門子羅賓康高壓變頻器7 200 kW，2臺，型號為：6SR3501-5MJ48-7BF1。10 kV輸入/10 kV輸出驅動方案，采用空水冷交換器輔助散熱方式，變頻器的發熱通過該冷卻器冷卻，使得變頻器室內空氣不與室外空氣交換，以保證室內空氣潔凈，從而保證變頻器可靠運行。

2套變頻器采用了既能自己變頻調速運行電機，又能分別啟動2臺電機在線定速運行控制模式，如圖2所示。

圖2 天鐵燒結主抽風機變頻系統控制圖

正常狀態時，1#電動機通過1#變頻器、DSC1斷路器（把電抗器短接）、MBM1斷路器給一號電機供電，這時電抗器不起作用。同理，2#電機通過2#變頻器、DSC2斷路器（把電抗器短接）、MBM2斷路器給二號電機供電。MBI1和MBI2分別為一段電源和二段電源供電開關。由于電機功率比較大，無論在工頻還是變頻狀態，一段電源只為1#電機供電，二段電源只為2#電機供電。

當二號變頻器故障時，可用一號變頻器拖動二號電機至工頻運行。工作流程為：通過二段電源、MBC2、變頻器、電抗器、MBM2拖動二號電機啟動；上微機向變頻器發出請求切換信號后，變頻器加速到工頻率，并自動調整變頻器的輸出頻率、相位、電壓，直到和電網的頻率、相位、電壓相一致時，MBL2合閘；變頻器收到MBL2合閘信號后，MBM2、MBC2分閘，變頻器停止運行，二號電機工頻啟動完成。

3 燒結主抽風機變頻啟動的應用效果

與國內其它燒結主抽風機實現在線變頻的系統相比，燒結風機通過合理配置方案，實現了2臺電機在線變頻和2機故障狀態下能互為備用的功能，保證了生產的穩定性，具體有以下特點：

（1）新一燒一臺燒結機供應4個高爐所需的燒結礦。當高爐部分處于檢修、減產或停車時，新一燒經常處于不能滿負荷工作的狀態。這時，通過對變頻器進行調節，使燒結系統風機始終運行在最佳經濟點的工作狀態，與目前國內其它400平燒結機主抽風機變頻相比，能取得更大的節能效果。

（2）新一燒使用了異步變頻電動機驅動主抽風機，與目前國內其它400平燒結機所用同步電動機相比，電機成本降低，同時也減少了同步電機所配的勵磁裝置和控制設備，降低了檢修的難度、工作量及備件費。由于公司電網大型同步機較多，導致電網無功多，使用異步電動機增加負荷所消耗的無功功率，合理的對無功功率進行分配，提高了公司電網系統電壓的穩定性。

（3）控制系統采用按功能分多級進行管理和控制，通過嚴格的生產管理，將不同層級的工作人員嚴格分工，提高系統的安全性、可靠性以及新一燒自動化控制水平。

4 結束語

該技術一次性投入成本比較高，對于舊系統改造一般必須保持使用以前的同步電動機，必須使用勵磁系統，有時還需要考慮老的變頻軟啟動的繼續使用，與新建系統相比，系統設計、施工及調試復雜。

新一燒主抽風機變頻器控制系統實現了中控室的在線變頻運行，取得了顯著效果。以前，主抽風機長期運行在50 Hz；改造后，變頻風機可以根據實際需要自動調整運行轉速。根據現場電表統計計算，每年節能達36 960 000 kW·h,如果按照0.5元/kW·h計算，可年創經濟效益1 848萬元。

該技術的成功應用，既節省了電能，又簡化了設計，減少了部分設備，降低了維護的復雜度，還可以起到保護電動機和電網的作用，部分技術可以推廣到第二煉鐵廠主抽風機的變頻器改造。該技術對同類行業具有廣泛的推廣價值，系統適用性強，在國內同行業具有廣闊的應用前景。