高壓變頻器在同步電機(jī)上的應(yīng)用

王哲

摘要：主抽風(fēng)機(jī)是燒結(jié)生產(chǎn)的主要設(shè)備之一。其風(fēng)壓、風(fēng)量的變化，對燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)的影響很大，某鋼1號、2號燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)采用4600kW/6KV同步電動機(jī)，通過改變風(fēng)門開度來滿足燒結(jié)生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)，由于電動機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)節(jié)，造成能源浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本；水電阻啟動電流大，不能連續(xù)起動，啟動時(shí)對電網(wǎng)的沖擊壓力也較大。新系統(tǒng)采用北京利德華福HARSVERT-A系列高壓變頻實(shí)現(xiàn)對同步電機(jī)的啟動和優(yōu)化調(diào)節(jié)控制。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；同步電機(jī)上應(yīng)用

中圖分類號：TF046.4； TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-9129（2018）07-0053-02

Abstract： the main air extractor is one of the main equipment in sintering production. The change of wind pressure and air volume has a great influence on the sintering machine production. The 4600kW/6KV synchronous motor is used in the sintering main exhaust machine of a certain steel No. 1 and No. 2 sintering machine. By changing the throttle opening to meet the regulation of the sintering process， because the motor speed can not be adjusted， resulting in energy waste， increasing the production cost， the water resistance starting current is too large to start continuously. The new system adopts HARSVERT-A series high voltage frequency conversion to realize the start up and optimal control of synchronous motor.

Key words： high voltage inverter； application of synchronous motor

1 系統(tǒng)的組成和功能特點(diǎn)

系統(tǒng)考慮由兩套高壓變頻器分別驅(qū)動兩臺高壓電動機(jī)，當(dāng)其中一臺變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，正常運(yùn)行的變頻器可作為故障變頻器所驅(qū)動電動機(jī)的軟啟動并將其同步投切到電網(wǎng)。

因此，主抽風(fēng)機(jī)高壓變頻系統(tǒng)考慮兩臺分別驅(qū)動、二拖二軟啟動、變頻與工頻同步投切的功能。整套變頻調(diào)速系統(tǒng)由2套變壓器柜、2套功率柜、兩套電抗器+激磁涌流抑制柜、二套控制柜、一套協(xié)調(diào)控制柜（HCU）、八臺高壓開關(guān)柜（QF3～QF6、QF10～QF13）組成。

1.1二拖二互為備用和在線切換功能

兩臺風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速裝置可以互為備用和在線切換，當(dāng)一臺故障時(shí)，另一臺可以啟動故障變頻調(diào)速裝置所帶的電機(jī)的要求；以兩臺變頻調(diào)速裝置分別對應(yīng)拖動兩臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行，當(dāng)TF1變頻調(diào)速裝置出現(xiàn)故障的工況為例，系統(tǒng)切換過程如下：協(xié)調(diào)控制單元向TF2發(fā)出同步切換至工頻請求→TF2拖動M2提速至50Hz后實(shí)時(shí)檢測對比TF2電源輸入側(cè)與變頻調(diào)速裝置輸出側(cè)電壓幅值、相位角度、頻率，經(jīng)過計(jì)算并調(diào)整后當(dāng)電壓幅值誤差≤2%；相位誤差≤3°；頻率誤差≤0.05Hz時(shí)向協(xié)調(diào)控制單元發(fā)出同步切換合閘指令→協(xié)調(diào)控制單元控制QF14合閘，合閘完成后由TF2向協(xié)調(diào)控制單元發(fā)出同步切換分閘指令→協(xié)調(diào)控制單元控制QF8分閘，M2完全轉(zhuǎn)換為工頻直接拖動→協(xié)調(diào)控制單元向TF2發(fā)出的同步切換請求指令撤銷，同時(shí)向QF13發(fā)合閘指令，由TF2拖動M1→協(xié)調(diào)控制單元向TF2發(fā)出同步切換至工頻請求→TF2拖動M1提速至50Hz后實(shí)時(shí)檢測對比TF2電源輸入側(cè)與變頻調(diào)速裝置輸出側(cè)電壓幅值、相位角度、頻率，經(jīng)過計(jì)算并調(diào)整后當(dāng)電壓幅值誤差≤2%；相位誤差≤3；頻率誤差≤0.05Hz時(shí)向協(xié)調(diào)控制單元發(fā)出同步切換合閘指令→協(xié)調(diào)控制單元控制QF7合閘，合閘完成后由TF2向協(xié)調(diào)控制單元發(fā)出同步切換分閘指令→協(xié)調(diào)控制單元控制QF13分閘，M1完全轉(zhuǎn)換為工頻直接拖動。

1.2采用HCU協(xié)調(diào)控制技術(shù)

HCU協(xié)調(diào)控制技術(shù)是指在高壓變頻應(yīng)用系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)工頻與變頻運(yùn)行方式之間，以及同系統(tǒng)設(shè)備之間的一種綜合協(xié)調(diào)控制技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)從根本上解決了高壓變頻器在生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用過程中對系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的影響，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)工藝，提高節(jié)能效果。真正實(shí)現(xiàn)變頻應(yīng)用系統(tǒng)的高可靠、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)節(jié)約大量的項(xiàng)目投資和施工成本，實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)控制性能和節(jié)能收益。

2 系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益分析

1號、2號燒結(jié)機(jī)運(yùn)行的負(fù)壓為15.2 kPa左右，在一般生產(chǎn)條件下，如工況情況發(fā)生變化，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)在采用高壓變頻調(diào)速前通只能采用人工對風(fēng)門的調(diào)節(jié)來適應(yīng)工況的變化，無法使燒結(jié)氣流合理地進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用變頻調(diào)速后，原來風(fēng)門控制的風(fēng)量變成由轉(zhuǎn)速來控制，從輸出功率P與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系p=KW3（其中K為風(fēng)機(jī)常數(shù)，W為電動機(jī)旋轉(zhuǎn)角頻率）可知，風(fēng)量須減少時(shí)轉(zhuǎn)速下降，P隨轉(zhuǎn)速立方倍下降。因此，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)通過高壓變頻調(diào)速，合理地控制主抽風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，大大降低了煉鐵燒結(jié)的工序能耗。

2.1工頻狀態(tài)下耗電計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場提供的電機(jī)工頻運(yùn)行實(shí)際功耗，得出電機(jī)工頻狀態(tài)下的功率Pd見表2。

2.2節(jié)能理論計(jì)算分析

（1）某鋼2×90m2燒結(jié)機(jī)目前處于滿負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)，產(chǎn)量要求較高因此，進(jìn)行主抽高壓變頻改造，變頻器將處于高位運(yùn)行狀態(tài)，按變頻數(shù)調(diào)整到48～49Hz，理論節(jié)電效果為6%～10%，實(shí)際節(jié)電效果為年節(jié)電量為2530000kWh節(jié)電費(fèi)用134萬元/年。

（2）對4小時(shí)以內(nèi)的非檢修停機(jī)時(shí)間，考慮到開停風(fēng)機(jī)的可能帶來的問題，目前2×90m2燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)操作采用不停風(fēng)機(jī)、關(guān)閉風(fēng)門的方式，節(jié)電效果非常明顯（參見表3）。

在以上狀態(tài)時(shí)，變頻將起到良好的節(jié)電作用。

月平均35.39小時(shí)，年停機(jī)425小時(shí)，則年節(jié)電量為1275000kWh節(jié)電費(fèi)用68萬元/年。

結(jié)合以上三部分的節(jié)電效果，變頻改造后的直接年節(jié)電效益為：每年節(jié)約電費(fèi)為：124+34+50=208萬元。

3 結(jié)語

大型燒結(jié)機(jī)主抽風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中采用異步電機(jī)配套高壓變頻控制技術(shù)，具有節(jié)約電耗、運(yùn)行成本低、系統(tǒng)可靠、維護(hù)簡單特點(diǎn)。國內(nèi)同類企業(yè)采用此項(xiàng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)電約10%左右。日前，節(jié)能降耗成為影響某鋼未來發(fā)展的重大問題，受到格外重視。各項(xiàng)節(jié)能工作都在有序地開展，該項(xiàng)目經(jīng)過近四個(gè)月的設(shè)計(jì)、施工和安裝調(diào)試，某鋼大功率同步高壓電機(jī)變頻改造在煉鐵廠燒結(jié)車間順利完成，并取得了預(yù)期的效果。

參考文獻(xiàn)：

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