摘 要：本文結(jié)合青鋼高爐煉鐵生產(chǎn)的實際工況，介紹了西門子單元串聯(lián)多電平高壓大功率變頻器在該廠750m高爐除塵風(fēng)機中的應(yīng)用，給出了變頻器的工作原理等。運行表明，該變頻器的投入節(jié)約了能源，提高了工作效率。
關(guān)鍵詞：高壓變頻器；單元串聯(lián)多電平逆變器；遠程監(jiān)控系統(tǒng)；節(jié)能
Application of Robicon High-voltage Frequency Converter in the Blast Furnace Production of Qingdao Iron an d Steel Group
YANG Qing ZHANG Wen-wu GAO De-xin WANG Yi—long
（1．Department of Computer Engineering，Qingdao Technological University Qindao College，Qingdao 266106；
2．College of Information Science and Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266071；
3．College of Automation and Electronic Engineering，Qingdao University of Science＆Technology，Qingdao 266042）
Abstract：According to the actual situation of iron making in blast furnace in Qingdao Steel，the authors introduce the application of Siemens—Robicon series unit＆ multilevel high-voltage frequency converter in dust blower of 750 m3 blast furnace．with theworking principle of this frequency converter provided．The results of operation show that the application of the frequency converterhas improved the production efficiency and saved energy ．
Keywords：High-vohage Frequency Converteg Scries-unit＆Multi-level Inverter,Remote Monitor and Control System；Energy saving
1引言
青鋼煉鐵廠445m3的3#高爐于2000年建成，現(xiàn)已運行8年。鑒于高爐工作時間較長，且出鐵過程中爐口會排放大量紅棕色煙氣，一方面對環(huán)境造成污染，另一方面原運行方式為電機工頻運行，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門的出口擋板開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量以滿足煉鐵工藝，大量電能在閥門上白白浪費。為解決這個突出問題，降低能源消耗，廠方?jīng)Q定對新高爐的除塵風(fēng)機實施調(diào)速改造。
2 對高壓變頻器的技術(shù)要求及改造方案
除塵風(fēng)機是除塵凈化系統(tǒng)的動力中樞，一旦除塵風(fēng)機不能正常運行，不但影響生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟損失，還有可能威脅到現(xiàn)場生產(chǎn)人員的人身安全；另外，調(diào)速系統(tǒng)工作的環(huán)境比較惡劣，同時高爐又周期性地出鐵。所以，和除塵風(fēng)機配套的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，要求具有極高的可靠性?；谝陨瞎ぷ魈攸c，對變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要技術(shù)要求如下：
1）中文操作界面。
2）具有高可靠性，長期運行無故障。
3）具有旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可使電機切換到工頻運行。
4）調(diào)速范圍大，效率高。
5）具有邏輯控制能力，可以自動按照吹氧周期升降速。
6）具有共振點跳轉(zhuǎn)設(shè)置，能使電機避開共振點運行，讓風(fēng)機不喘振。
7）具有遠程上位機監(jiān)控功能。
經(jīng)過多方調(diào)研，比較，最后煉鐵廠采用了西門子的羅賓康無諧波高壓變頻器，制訂改造方案如下：
2．1 設(shè)備配置
系統(tǒng)旁路開關(guān)柜為一拖一手動旁路系統(tǒng)f用于變頻，工頻切換）原理是由3個高壓隔離開關(guān)QS1，QS2和QS3組成，見圖1。要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現(xiàn)互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。為了實現(xiàn)變頻器故障的保護，變頻器對用戶開關(guān)QF進行連鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開Qr"，要求用戶對QF的合分閘電路進行適當(dāng)改造。工頻旁路時，變頻器應(yīng)允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。QF：廠方高壓真空斷路器f為變頻器提供6KV高壓電）QS1，QS2，QS3：手動隔離刀閘BPQ：HARSVERT—A06／085變頻器M：630KW／6KV異步電動機。
2-2 電機及風(fēng)機參數(shù)
電機參數(shù) 風(fēng)機參數(shù)
型號：YKK560—10額定流量：410000m3/h
額定功率：630KW 主軸轉(zhuǎn)速：595rpm
額定電壓：6KV軸功率：630KW
額定頻率：50Hz
額定電流：82．9A
額定轉(zhuǎn)速：595rpm
2．3 除塵風(fēng)機工藝要求
1）出鐵工藝周期除塵風(fēng)機在不出鐵時，只需要很低的轉(zhuǎn)速（甚至為零），根本不需要滿負荷運轉(zhuǎn)。利用高壓變頻器根據(jù)實際需要對除塵風(fēng)機進行變頻運行，既保證和改善了工藝，又達到節(jié)能降耗的目的和效果。整個出鐵工藝高速時間約45分鐘，高速定為50Hz（可以調(diào)節(jié)）；低速定為0Hz（可以調(diào)節(jié)）。
2）監(jiān)控和操作采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)對除塵風(fēng)機進行高壓變頻改造具體實現(xiàn)過程如下：變頻器操作可以在本機控制，也可以遠程操作。變頻器包括一臺內(nèi)置的PLC，用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號（如RS48S）的協(xié)調(diào)，并且可以根據(jù)用戶的需要擴展控制開關(guān)量，增強了系統(tǒng)的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機或操作臺進行操作，出鐵時，變頻器高速運行，不出鐵時，變頻器低速運行（甚至不運行）。可以根據(jù)工況需要自由設(shè)定，完全可以滿足工藝要求。
上位機：可以通過上位機進行遠程監(jiān)控，一方面便于用戶隨時了解設(shè)備運行情況，另一方面，也利于設(shè)備的遠程診斷和維護，故障問題可以及時得到解決。
3 羅賓康無諧波高壓變頻器原理
無諧波高壓變頻采用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出。該變頻器具有對電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、dr／dr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(chǎn)電機。高壓變頻器的系統(tǒng)圖如下：
6KV電網(wǎng)電壓經(jīng)過副邊多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電，功率單元為三相輸入、單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。以6KV輸出電壓等級為例，每相由6個額定電壓為630V的功率單元串聯(lián)而成，輸出相電壓達3780V，線電壓達6．6KV，每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，實現(xiàn)多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的。對于6KV電壓等級變頻而言，就是36脈沖的整流電路結(jié)構(gòu)，輸入電流波形接近正弦波。由于輸入電流諧波失真很低，變頻器輸入的綜合因數(shù)可達到0．95以上。下圖為該變頻器的輸入電壓、電流。
逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術(shù)，6KV輸出相當(dāng)于l3電平，輸出電壓非常接近正弦波，dv／dt很小。電平數(shù)的增加有利于改善輸出波形，由諧波引起的電機發(fā)熱，噪音和轉(zhuǎn)矩脈動都大大降低，所以這種變頻器對電機沒有特殊要求，可直接用于普通異步電機，不需要輸出濾波器。下圖為變頻器輸出電壓電流波形。
與采用高壓器件直接串聯(lián)的變頻器相比，由于不是采用傳統(tǒng)的器件串聯(lián)的方式來實現(xiàn)高壓輸出，而是采用整個功率單元串聯(lián)，器件承受的最高電壓為單元內(nèi)直流母線的電壓，可直接使用低壓功率器件，器件不必串聯(lián)，不存在器件串聯(lián)引起的均壓問題。功率單元中采用的低壓IGBT功率模塊，驅(qū)動電路簡單，技術(shù)成熟可靠。功率單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，同一變頻器內(nèi)的所有功率單元可以互換，維修也非常方便。這一系列變頻器目前正在全世界得到廣泛應(yīng)用。
4 設(shè)備運行情況
同原來老高爐除塵風(fēng)機比較，引進西門子生產(chǎn)的高壓變頻器有以下優(yōu)點：
1、運行穩(wěn)定，安全可靠。
2、節(jié)能效果顯著，大大降低了電耗。
3、電動機實現(xiàn)了真正的軟啟動，軟停運，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，降低了電機的故障次數(shù)。同時，變頻器設(shè)置共振點跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風(fēng)機長期在共振點運行，使風(fēng)機工作平穩(wěn)，風(fēng)機軸承磨損減少，延長了電機，風(fēng)機的使用壽命和維修周期，提高了風(fēng)機的利用時率。
4、變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電機的保護。
5、變頻器同現(xiàn)場信號無縫接口，滿足生產(chǎn)的需要。變頻器內(nèi)置PLC，現(xiàn)場信號接入靈活。變頻器自帶轉(zhuǎn)速和電流測定，可以為現(xiàn)場直接提供電機轉(zhuǎn)速及電流指示。
6、適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強，有時電網(wǎng)電壓高達6．6KV，變頻器仍能正常運行。
5 結(jié)束語
該高壓變頻器在煉鐵廠高爐除塵風(fēng)機的調(diào)速改造中應(yīng)用是相當(dāng)成功的，取得了相當(dāng)顯著的節(jié)能效果。由于該系列變頻器的先進性、可靠性已得到許多工業(yè)應(yīng)用的證實，所以在許多高壓大功率的輔機設(shè)備中具有推廣價值。
參考文獻
[1]張文武，高德欣，張以剛．基于以太網(wǎng)的壓鑄機生產(chǎn)線管控一體化系統(tǒng)設(shè)計【J】．制造業(yè)自動化，2007，29（4）：52—55．
[2]高德欣，張文武，楊清．基于力控與PLC的電機定子浸漆監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計【J】.微計算機信息，2005，21（9一1）：31-33．
[3]高德欣，張文武，楊清．雙速電機高精度測速與參數(shù)測試SCADA系統(tǒng)開發(fā)【J】．電氣應(yīng)用，2007，26（2）：105—108．
[4]張文武，高德欣，端木德波．多波段電機溫度開關(guān)測試SCADA系統(tǒng)設(shè)計【J】泊動化儀表，2007，28（11）：46_48．
[5]高德欣，張文武，楊清．基于力控與ADAM模塊的電機溫升計算機監(jiān)控系統(tǒng)【J】．微計算機信息，2006，22（2—1）：125一27．
[6]高德欣，路永華．PLC在城市污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用【J】泊動化與儀器儀表，2003，106（2）：l8—2O．
（轉(zhuǎn)載）
