风光 唐山宝泰钢铁公司风机高压变频技改纪实

Abstract: This paper introduces the application of high voltage inverters of fans in Tangshan Bao Tai Iron and Steel Co., Ltd Through the introduction of fan frequency transformation and the transformation of the program to run after the comparative analysis of the effect, it indicates that the transformation of iron and steel plants frequency conversion significant energy savings, higher economic efficiency.

　　Key words: High voltage inverter   Iron & steel plant  Fan   Energy-saving

1前言

　　唐山新宝泰钢铁有限公司始建于2002年8月，2003年投入生产，是一家集烧结、炼铁、炼钢以及带钢生产、商贸于一体的民营股份制企业。公司现有员工3600人，公司主体设备有：92m2步进式烧结机三台；10m3竖炉两座；450m3高炉三座；50T氧气顶吹转炉两座；石灰窑10座；四机四流连铸机一台；五机五流连铸机一台；180万吨带钢生产线一条。2009年产钢量200万吨，主要产品为带钢，其余钢坯外销。

2需要改造的设备情况

　　利用高新技术来提高企业生产设备的管理水平和节能降耗已是各企业首选的手段之一。高压变频节能技术在我国的已接近世界同行的先进水平，并以产品性能稳定、服务及时、价格适宜等优势深受国内企业接受和应用。

　　利用变频器作为风量的调节最直接的效益就是节能降耗。采用变频调速的主要特点是消除或减少挡板的节流损失，可自动调节转速与负荷匹配，从而达到最佳的节能目的。一般情况下生产设备的节能可以通过两种手段实现，一是减少运行时间；二是在满足运行工况的前提下消减输入功率，显然第一种方法不适合连续运行的风机，那么利用变频调速等节能技术可以消减输入功率正合适不需要恒转矩的风机、水泵类的设备。

　　唐山新宝泰钢铁有限公司2009年吨钢煤消耗处于行业较高能耗水平。为了降低生产成本，厂领导决定对竖炉电除尘器风机、炼铁厂出铁场除尘风机、炼铁厂矿槽除尘风机、3＃炉喷煤主排风机、炼钢厂转炉二次除尘风机加装高压变频系统及辅助节能设备。需改造的设备参数如下：

　　烧结厂：1＃10m2竖炉HEP80-3电除尘器风机和2＃10m2竖炉HEP80-3电除尘器风机，额定功率：500kW/10kV，数量：2台。

　　炼钢厂：转炉二次烟尘BLCM-24-14200布袋除尘器风机，额定功率：1600kW/10kV，数量：1台。

　　炼铁厂：1＃450m3高炉出铁场BLCM-12-5500m2布袋除尘器风机和3＃450m3高炉出铁场BLCM-12-5500m2布袋除尘器风机，额定功率：630kW/10kV，数量：2台。

　　1＃450m3上料矿槽RMCM-3700布袋除尘器风机和3＃450m3上料矿槽RMCM-3700布袋除尘器风机，额定功率：500kW/10kV，数量：2台。

　　3＃炉喷煤主排风机，额定功率：450kW/10kV，数量：1台。

　　高压变频器性能的好坏，将直接影响着风机的安全稳定运行，因此变频器的选择至关重要。新宝泰钢铁公司领导对除尘风机系统节能技改工程改造前，收集了解了国内外变频器的一些资料，经反复比较，经招标方式，选定山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP38系列8套高压变频调速系统，分别是JD-BP38-500F（4套）、JD-BP38-450F（1套）、JD-BP38-1600F（1套）、JD-BP38-630F（2套）对以上设备进行变频改造。

3风光JD-BP38系列高压变频调速系统特点

　　山东新风光是国家高新技术企业，生产的风光牌JD-BP38系列高压变频器是“中国名牌产品”，JD-BP38系列高压变频器以高速DSP为控制核心，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。

　　风光牌高压变频器为高--高电压源型模式，由移相变压器，功率单元和控制器组成。前端由一个多绕组的隔离移相变压器供电，采用30脉冲以上整流，功率单元每相采用低压功率单元串接组成，风光高压变频器采用模块化设计，互换性好、维修简单。

　　风光JD-BP38系列高压变频器除具有一般普通变频器的功能外，还具有以下性能特点：

　　（1）采用高速DSP作为中央处理器，运算速度更快，让控制更精准。

　　（2）飞车启动功能：能够识别电机的速度及转向并在电机不停转的情况下直接起动。为了适应国内电网波动大，系统提供旋转中再启动功能。从而在电网电压波动超过＋15～－35％U0情况下，系统能够提供有效过、欠压保护；在电网恢复正常后，自动搜索跟踪电动机转速及转向按照设定曲线恢复正常运行状态，保证设备安全运行不跳闸。为了满足不同现场对旋转中再启动功能的需求，系统提供完备的参数设定功能，真正适应现场运行工况要求。

　　（3）完整的工频/变频自动互切技术：现在的高压变频器一般设置工频旁路切换柜，变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行，旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式，手动旁路需人工操作，时间较长，适应于无备用装置或不需要自动切换的运行工况，自动旁路可在变频器发生故障后直接自动转换至工频运行。新风光公司提供的自动旁路切换柜，不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态，还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频的功能，整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。

　　（4）旋转中再启动功能：运行过程中高压瞬时掉电三十秒钟内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。

　　（5）掉电3秒不停机功能。在高压变频器高压失电3秒内，高压变频器自动减速继续运行，3秒内恢复高压变频器从最后运行频率开始恢复运行，3秒内高压未恢复变频器停机，30秒（可设置）内高压恢复变频器自动执行飞车启动。

　　（6）线电压自动均衡技术（星点漂移技术）：变频器某相有单元故障后，为了使线电压平衡，传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相同的电压，而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。在运行中，如果有任意三个单元以内出现故障，变频器本身会自动旁路该单元，同时变频器主控系统具有星点漂移功能，使三相输出线电压保持平衡，不会对电动机造成不利影响。

　　（7）具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果变频器不具备相间短路保护功能，将会导致重大事故。变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出，保护设备不受损害，避免事故的发生。

4设备改造情况

　　变频器设备接入用户侧高压开关和拟改造电机之间，变频器控制接入原有的DCS系统，由DCS系统来完成正常操作。为了充分保证系统的可靠性，变频器加装工频旁路装置，可在变频回路故障时将电机切换至工频状态下运行，根据用户要求切换方式为手动切换。

　　根据用户现场要求，采用8台高压变频器分别对风机一拖一控制，选用高压变频器型号如下表所示。

4.1风机设备改造变频选型

　　此次唐山宝泰钢铁公司风机变频技改项目选用高压变频器如下表1所示。

4.2一次回路及保护

　　风光高压变频调速系统由一次回路进线柜（旁路柜）、变压器柜、变频单元柜和操作控制柜组成。旁路柜在变频器维护过程中或变频器出现故障时，将电机投入到工频电网运行，保证生产不受影响。变频运行时，变频器为电机提供全面的保护。高压变频器旁路柜一次回路如图1所示。

　　DL：用户高压真空断路器

　　K1、K2、K3：高压变频器内置高压隔离开关

　　BPQ：JD-BP38系列高压变频器

　　D：高压异步电动机

　　图1手动旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，K2与K3采用电磁互锁操动机构，实现电磁互锁。当K1、K3闭合，K2断开时，电机变频运行；当K1、K3断开，K2闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。

　　旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁， DL合闸时，绝对不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。

　　故障分闸：将变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投入”信号串联后，并联于高压开关分闸回路。在变频投入状态下，当变频器出现故障时，分断变频器高压输入；旁路投入状态下，变频器故障分闸无效。

　　保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。

　　4.3对原设备液耦处理

　　1#出铁风机、3#出铁风机、钢厂二次风机原有设备装有液力耦合器。在变频改造时，对原液耦处理考虑有两种方式：一是将原液耦拆除，用连接轴代替液力耦合器，电机位置不动；二是将电机向前移动，直接与风机相连。在本次改造中，采用第二种方式。

5设备现场使用情况

　　变频器于8月30日设备开始安装，9月18日至10月2日调试和上高压带电机调试，在调试过程中，故障报警可靠，连锁可靠，各种保护完备，变频或工频试运行正常。

　　用于新宝泰钢铁有限公司钢厂、铁厂风机的高压变频节能改造项目的8台套变频器，节电改造后，通过连续72小时满负荷试运行考核，10月2日变频器全部投入生产运行，至今运行正常。

　　在运行期间，高压变频器控制精度高，系统运行稳定。工频、变频及切换运行正常，各项指标均达到设计要求。

　　安装在钢厂、铁厂的8台套的变频器设备调试进行了以下内容：

　　（1）变压器初级涌流和次级静态电压测量；

　　（2）单元分立测试；

　　（3）变频器空载测试；

　　（4）变频器拖动电机空载运行；

　　（5）变频器拖动电机负载载运行；

　　（6）测试变频器的功能有：就地控制、软起动、变频调速等。

　　使用变频器后，风机电机消耗功率明显减小，实现了风机电机软起动及无级调速。用变频器起动电机，没有起动电流冲击，避免了对电机及电网的冲击，调速精度高。降低电机转速的同时，电机轴承温度下降，机械磨损下降，从而延长电机和设备的使用寿命，降低了设备的维护费用。

　　经过新宝泰钢铁公司能源中心、各分厂测试和计量，系统达到了预期的节能效果。10月18 日至 11月5日完成改造后的数据采集，变频运行计量10月18 日 至10 月 21日（三天）；工频运行计量 11月 1 日 至 11 月3 日（三天）。风机工频与变频运行数据统计如下表2、表3所示：

实施变频节电改造后，使8套风机电机总输入功率由原来的3410.79kW降至2078.44kW，节电功率为1332.35kW，节电率达39.06%，年可节电959.29万kW�h（运行时间按300天/年计），电费按0.56元/kW�h计，年节约电费537.20万元，节电效益十分明显。

6结束语

　　风光牌JD-BP38系列高压变频器共8台套，系统安装合格，各项参数指标达到技术要求，且顺利通过现场试运行，现已投入生产运行。项目改造是成功的，达到了预期的设计要求，具有非常显著的经济效益和社会效益。随着国家“十二五”期间对节能减排工作的支持力度空前加大，高压变频器正迎来黄金历史发展阶段。