西門子GH180中壓變頻器在環境除塵風機上的應用

劉照輝

（浙江佳環工程技術有限公司，浙江 金華 321000）

0 引言

為了貫徹執行《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》，按鋼鐵企業煙氣顆粒物排放限值≤10mg/m3要求。沙鋼原燒三車間新上一臺75萬風量篩分環境除塵系統用以滿足最新煙塵顆粒物環保排放指標要求[1]。

新建的沙鋼三車間篩分環境除塵系統，除塵風機為雙吸雙支撐式結構離心引風機，電機為10kV高壓變頻電機。通過1800KW除塵風機產生的吸力，通過各點吸塵罩帶動整個系統的氣體流動。除塵風機啟動后，使風機進風口以前的管道產生負壓，布置在篩分站落料口附近的吸風口將飄浮的粉塵吸入管道，從除塵器進風口進入除塵器，從而達到除塵效果。西門子公司主推的GH180完美無諧波變頻器在眾多的進口品牌競標中，以其優異的高功率因數，運行平穩、高可靠性，且性價比高等特點脫穎而出，完全可以滿足在環保排放要求較高的運行場合。

1 GH180主要部件介紹

圖1 變頻器外形圖

GH180變頻器包含左側變壓器部分、右側操作屏部分、中間的功率單元部分及頂部的風機部分。

（1）變壓器部分。變壓器部分主要包含了變壓器和擋風板。變壓器的原邊繞組采用星形接法，而副邊有多個繞組，采用延邊三角形接法，輸出電壓為750V，根據配置的功率單元數量，形成優于48脈沖的電源質量。變壓器采用干式變壓器，采用強制空冷，擋風板用于引導冷卻風穿過繞組。變壓器繞組采用180℃絕緣系統，并配有離線調節軸頭，用于適應不同的電網輸入電壓，機柜有+5%和0%兩種抽頭[2]。

（2）操作屏。為方便操作人員對變頻器進行就地設置及操作，GH180變頻器在控制柜正面配有一塊液晶屏HMI。通過液晶屏HMI輸入不同權限方便實現：瀏覽菜單結構、激活控制功能、復位系統、編輯參數值等功能。

（3）功率單元。功率單元作為GH180變頻器的重要組成部分，24個功率單元可產生多電平的PWM輸出波形，每個功率單元輸入都被配置為一個6脈沖二極管整流器，端子均通過變壓器的副邊繞組供電。整流器的直流輸出經過電容器組的濾波后，提供給輸出側的單相逆變器，功率單元的輸出端均與每個相組串聯。

（4）空冷風機。GH180變頻器均采用強制空冷，變頻柜頂部配置兩臺空冷風機，正常運行時采用一用一備方式，當變頻器中壓送電后，空冷風機開始運行散熱。在切斷中壓電源后繼續運行風機十分鐘，以便散去變頻器的余熱。本項目實施中為配合將室內熱量熱量排出，配備多臺大功率制冷空調，以保障變頻器運行對室內溫度限值要求[3]。

2 變頻器控制方式

西門子GH180 變頻器控制原理如圖所示，配置的旁路柜額定電壓10kV、額定電流630A，旁路柜內安裝3只刀閘，刀閘之間機械保持，分別隔離變頻器、隔離高壓側電源、隔離電動機。在變頻運行方式下，無故障狀態時，變頻器界面顯示控制器就緒，同時發出高壓合閘允許信號，執行高壓合閘操作；高壓送上后，在界面觀察變頻器的輸入電壓、電流等是否正常，系統在合上高壓后，發出系統備妥狀態信號。

（1）GH180變頻器的狀態參數，按不同情形，主要分以下狀態。

待機狀態：已合高壓，系統正常，具備啟動條件，系統發出備妥信號，可啟動變頻器；

運行狀態：變頻器已啟動并運行，界面顯示正在運行；

停機狀態：變頻處于非運行狀態為系統停機狀態；

圖2 變頻器回路圖

故障狀態：系統存在重故障，HMI顯示系統故障及重故障名稱，此種狀態下高壓無法合閘；須待重故障消除后，按復位按鈕進行復位后方可合閘；

變頻/工頻旁路狀態：

旁路柜刀閘QS0及K1、K3合上，K2斷開時，選擇用變頻器運行，系統處于變頻狀態。

旁路柜刀閘QS0、K2合上，K1及K3斷開時，選擇用工頻電網運行，界面將顯示工頻旁路運行狀態[4]。

（2）變頻器控制電源。除通過開關柜供給變頻器一路AC380V/20KVA的電源容量外，變頻控制單元柜內含有自帶一個3KVA容量UPS電源，用于保證在控制回路異常供電狀態點停止變頻器。

（3）高壓上電操作。變頻方式下合上旁路柜刀閘QS0、K1及K3。旁路柜上變頻指示燈亮。在變頻方式下，無故障狀態時，變頻器界面顯示控制器就緒，即發出高壓合閘允許信號，執行高壓合閘操作；

（4）高壓變頻器參數。

表1 高壓變頻器參數

（5）自動化控制系統。西門子GH180變頻器可以通過硬接線方式和PLC或DCS控制系統相連，也可以通過PROFIBUS網絡控制。根據本項目采用施耐德PLC控制系統在不增加通訊模塊的情況下，采用硬接線方式連接，具體連接方式：PLC模擬量輸入模塊采集變頻器頻率輸出及電流輸出信號，模擬量輸出模塊將上位機或系統PID調節所需的頻率轉換為4~20Ma信號傳送至變頻器輸入卡件。同時為監控變頻器運行狀態，PLC數字量輸入模塊設置了變頻器運行、備妥、遠程、重故障、輕故障等DI信號，并將控制變頻器信號DO點如啟動、停止、復位、急停等信號在控制時傳輸至變頻器。PLC控制系統通過程序設置變頻器啟動及停止保護，啟動允許條件包括：當風機系統中至少一臺冷卻水泵及風機冷卻風機處于正常運行狀態時，風機各軸承電機定子各溫度及振動不超過報警值。停止變頻器條件包括風機及電機軸承溫度達到調機定值及風機電流達到跳機定值等。

圖3 變頻器啟動保護控制邏輯

3 運行情況經濟效能分析

沙鋼三車間建立了嚴格的運行效能考核制度，對設備的經濟運行情況比較重視。篩分除塵風機若采用工頻運行:按運行頻率50Hz，運行電流按額定運行電流126A，功率因數0.85；

運行功率為：P=U×I×1.732×cosφ=10×126×1.732×0.85=1855kW

而采用變頻方式運行，操作員可根據現場實際灰量進行風機頻率調整。根據現有的運行數據分析，變頻器單日平均運行在40HZ占總時間的50%，35HZ占總時間的30%，30HZ占總時間的20%，從以上數據分析計算故得出平均運行頻率為36.5HZ，平均運行電流92A；變頻器輸出功率因數為0.97；

計算變頻狀態下運行功率為P=U×I×1.732×cosφ= 10×92×1.732×0.97=1546kW；按單日運行24小時，節約電量為（1855-1546）×24=7416（KWH），年節約電量為7416×365=2706840（KWH）。按現有工業用電0.725/KWH，年節約費用約為200萬左右。在當前環保要求及結合目前設備運行情況，篩分環境除塵需全年不停機運轉，節約費用非常可觀[5]。

4 結語

通過西門子完美無諧波GH180變頻器在篩分除塵系統風機上的應用，GH180變頻器不僅實現了業主對風機啟動時電壓降的要求，在調速性能及運行穩定性方面也有優異表現，而且帶來了顯著的節能及經濟運行效果。