1.引言

　　濟鋼始建于1958年，是國內(nèi)十大鋼廠之一，是的中厚板生產(chǎn)出口，產(chǎn)品出口比例、中厚板的產(chǎn)量、成本、市場占有率、出口量等多項指標位居全國前列。隨著技術(shù)研究的進一步深入，在理論上和功能上國產(chǎn)高壓變頻器已經(jīng)可以與進口變頻器相比肩，但是受工藝技術(shù)的限制，與進口產(chǎn)品的差距還是比較明顯。選擇過高的電壓等級造成投資過高，回收期長。電壓等級的提高，電機的絕緣必須提高，使電機價格增加。電壓等級的提高，使變頻器中電力半導(dǎo)體器件的串聯(lián)數(shù)量加大，成本上升。

　　變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。使得該項技術(shù)廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、電力、水泥、給排水、制藥、造紙、污水處理等各個行業(yè)。濟鋼燒結(jié)廠正是在這種形勢下，對配料除塵系統(tǒng)進行高壓變頻技術(shù)研究改造。

　　2.設(shè)備概況

　　機組的主要參數(shù)如下：

　　除塵風(fēng)機參數(shù)

　　型號 Y4-73

　　風(fēng)量 145000m3/h

　　風(fēng)壓 4000Pa

　　電機參數(shù)

　　電機型號 YKK3554-6

　　額定功率 200KW

　　額定電壓 6000V

　　額定電流 24A

　　額定轉(zhuǎn)速 985rpm

　　3.高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

　　變頻調(diào)速是用變頻電源改變電動機定子繞組的頻率，從而改變同步轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)調(diào)速。變頻系統(tǒng)首先將電網(wǎng)中的交流電整流成直流電，再通過逆變器逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電，供給交流電動機，從而改變電機的轉(zhuǎn)速。這種方法具有高效率、寬范圍和高的調(diào)速性能，規(guī)格系列齊全可以滿足各種不同需求，因而被廣泛采用，是發(fā)展前途的理想調(diào)速方法。特別是電流源型高壓變頻器在動態(tài)要求高的地方具有明優(yōu)勢，適用于軋機、提升設(shè)備的應(yīng)用。三電平高壓變頻裝置，由于其器件較少，結(jié)構(gòu)相對簡單，較適合于3.3kv或4.16kv的電機應(yīng)用。功率單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)的高壓變頻器，適合于風(fēng)機水泵類負載，但不適合用在對動態(tài)要求很高的地方。

　　高壓變頻器通常采用風(fēng)冷或水冷裝置，降低柜體內(nèi)的微環(huán)境溫度，確保功率器件的管芯溫度在允許值以下。一般對變頻器房間應(yīng)設(shè)置空調(diào)設(shè)備，并對變頻器的出風(fēng)處加裝隔熱的通風(fēng)管道，將熱風(fēng)直接排出室外。

　　3.1風(fēng)光牌JD-BP37-240F高壓變頻器主要性能指標

　　變頻器功率 240KW

　　額定輸出電流 32A

　　輸入頻率 50HZ±5HZ

　　額定輸入電壓 6KV

　　允許電壓波動 ±20%

　　輸入功率因數(shù) ≥0.98

　　輸出頻率范圍 0~50HZ

　　輸出電壓范圍 0~6KV

　　頻率分辨率 0.01HZ

　　加速時間 可由用戶生產(chǎn)工藝設(shè)定

　　減速時間 可由用戶生產(chǎn)工藝設(shè)定

　　變頻器效率 ≥96%

　　過載能力 100%連續(xù) 160%連續(xù)1min 220%允許1.5S

　　防護等級 IP20

　　3.2 JD-BP37-240F高壓變頻調(diào)速器主要技術(shù)性能

　　3.2.1 高--高電壓源型變頻器，直接6KV輸入，直接6KV輸出，無須任何輸出變壓器或濾波器，適配于普通高壓電動機，對電機、電纜絕緣無損害。

　　3.2.2 輸入功率因數(shù)高，電流諧波小，無須功率因數(shù)補償、諧波抑制裝置。

　　3.2.3 單元電路模塊化設(shè)計，維護簡單，互換性好。

　　3.2.4 輸出階梯正弦PWM波形。

　　3.2.5 高壓主回路與控制器之間為光纖連接，強弱電隔離，安全可靠。

　　3.2.6 完善的故障檢測，的故障保護及準確的定位顯示和報警。

　　3.2.7 內(nèi)置PLC,易于改變控制邏輯關(guān)系，可靈活選擇現(xiàn)場控制/遠程控制，適應(yīng)現(xiàn)場多變需求。

　　3.2.8 采用載波移相控制技術(shù)，大大抑制了輸出電壓的諧波成分，保證輸出波形是完美正弦波。

　　3.2.9 控制電源與高壓電相互獨立，無高壓可以檢測變頻器輸出，便于現(xiàn)場調(diào)試以及培訓(xùn)操作人員，便于維護。

　　3.2.10 采用準優(yōu)化SPWM調(diào)制技術(shù)，電壓利用率高。

　　3.2.11 功率單元經(jīng)24小時高溫老化、150%負載試驗，可靠性高。

　　3.2.12 用戶操作監(jiān)控系統(tǒng)界面十分友好和完善，系統(tǒng)包括上位機、下位機、單片機。其中單片機給用戶提供一個4位LED數(shù)碼顯示屏和一個12鍵的小鍵盤操作平臺，可對變頻器進行全部操作，包括參數(shù)設(shè)置和各種運行指令。工控機用觸摸屏和通用鍵盤給用戶提供操作平臺，其功能更齊全。上位機放在總控室，可對多臺變頻器進行遙測、遙控。若只有一臺變頻器，上位機可省，或讓客戶自定。

　　3.2.13 可接收和輸出多路工業(yè)標準信號。

　　3.2.14 可打印輸出運行報表。

　　3.3高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

　　風(fēng)光牌JD-BP37-240F高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接"高-高"變換方式，屬電壓源型，采用功率單元多電平串聯(lián)方式，以新型西門子IGBT為主控器件，全數(shù)字化控制，彩色液晶觸摸屏控制，以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計目標的優(yōu)質(zhì)變頻調(diào)速器。輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機

　　風(fēng)光高壓變頻器，采用若干個低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出，所用的6kv高壓變頻器，變壓器有18組付邊繞組，分為6個功率單元∕相，三相共18個單元，采用36脈沖整流，輸入端的諧波成分遠低于國標規(guī)定 ,高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，單元電路的主電路如圖2所示。

　　圖1 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　圖2 單元電路主電路

　　3.4系統(tǒng)功能

　　（1）單元旁路功能

　　當某個功率模塊發(fā)生故障時自動旁路運行，變頻裝置不停機，但需降額使用，即在每個功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路，當功率單元故障時，封鎖對應(yīng)功率單元IGBT的觸發(fā)信號，然后讓旁路SCR導(dǎo)通，保證電機電流通過，仍形成通路。為保證三相輸出電壓對稱，在旁路故障功率單元的同時，另外兩相對應(yīng)的兩個功率單元也同時旁路。

　　（2）保護功能

　　① 過流保護。電機電流的160%,允許1min, 超過則立即保護。

　　② 過載保護。電機電流的120%,每10min允許1min（反時限特性），超過則保護。

　　③ 單元過壓保護。檢測每個單元的直流母線電壓，如果超過設(shè)定的數(shù)值，則變頻器進行過壓保護。

　　④ 單元欠壓保護。檢測每個單元的直流母線電壓，如果低于設(shè)定的數(shù)值，則變頻器進行欠壓保護。

　　⑤ 變頻器過熱保護。輸入側(cè)整流變壓器和功率單元放置溫度檢測元件，一旦超過溫度極限閥值，則變頻器進行過熱保護。

　　⑥ 缺相保護。缺相分輸入側(cè)缺相和輸出側(cè)缺相兩種。有相應(yīng)檢測回路，缺相后則進行相應(yīng)保護。

　　3.5常見問題的處理

　　風(fēng)光牌JD-BP37-240F高壓變頻器具有高度的智能化水平和完善的故障檢測電路，并能對所有故障提供的定位，在工控機界面上作出明確的指示。用戶可以根據(jù)工控機顯示的故障信息，分別采取相應(yīng)的處理措施。

　　為保證設(shè)備的可靠性，使設(shè)備不間斷運行。系統(tǒng)發(fā)生下列故障時，按照一般故障處理：變壓器輕度過熱，柜門連鎖故障，單元柜風(fēng)機故障，工控機故障。對于一般故障的發(fā)生，系統(tǒng)不作記憶處理。在停機狀態(tài)下，如果存在這類故障，用戶還能進行啟動等操作。

　　系統(tǒng)發(fā)生下列故障時，按照重故障處理。單元重故障，變壓器嚴重過熱，以上重故障發(fā)生后，系統(tǒng)作記憶處理。故障一旦發(fā)生，系統(tǒng)報警并自動跳閘停機 .只有故障徹底排除后，才能重新開機。

　　4.系統(tǒng)改造方案

　　濟鋼燒結(jié)廠配料除塵風(fēng)機電機的改造方案主回路如下圖3所示：

　　圖3控制方案接線圖

　　K0 用戶原高壓開關(guān)

　　K1、K2和K3 變頻器旁路開關(guān)柜高壓隔離開關(guān)

　　BPQ JD-BP37-240F高壓變頻器

　　M 高壓電動機

　　變頻器控制配料除塵風(fēng)機為一拖一控制，旁路開關(guān)柜用于工/變頻切換。K1,K2和K3為三個高壓隔離開關(guān)，要求K2和K3不能同時閉合，在機械上實現(xiàn)互鎖。K3斷開，K1和K2閉合，風(fēng)機變頻運行；K1和K2斷開，K3閉合，風(fēng)機工頻運行。

　　5.項目實施情況

　　2005年5月6日，濟鋼與山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司正式簽定變頻器的供貨合同和技術(shù)協(xié)議。

　　2005年6月3日，變頻器運抵燒結(jié)廠庫房。

　　2005年8月21日至25日，變頻器本體安裝。

　　2005年8月26日，變頻器空載調(diào)試。

　　2005年8月27日至28日，變頻器帶載運行調(diào)試。

　　2005年8月29日至9月3日，變頻器試運行。

　　2005年9月9日，變頻器正式交接，我公司出據(jù)驗收。

　　6.現(xiàn)場運行情況

　　與原系統(tǒng)比較，引進山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器有以下優(yōu)點：

　　（1）運行穩(wěn)定，安全可靠。變頻器自正式投運以來，連續(xù)無故障運行，只需定期對變頻器除塵處理，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。

　　（2）可根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際粉塵濃度，通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，達到除塵又節(jié)能的目的。

　　（3）減少了維護費用。由于對電機實現(xiàn)真正的軟啟動，軟停止，所以對電機、風(fēng)機、擋板等各種設(shè)備以及電網(wǎng)的啟動沖擊大大減少，減少了設(shè)備的維護，延長了設(shè)備的使用壽命，大大降低了維護成本。

　　（4）減輕了值班人員的勞動強度。原配料除塵系統(tǒng)有多個可操作閥門，在工頻運行時，為了調(diào)節(jié)風(fēng)量和滿足工藝要求，需經(jīng)常調(diào)節(jié)閥門，現(xiàn)場值班人員的操作繁瑣；變頻改造后，所有閥門始終處于打開位置，需要調(diào)節(jié)風(fēng)量時，只需在值班室調(diào)節(jié)變頻器遠控箱的運行頻率即可，大大減少了現(xiàn)場人員的工作量，提高了工作效率。

　　（5）變頻器具有多項保護功能，十分完善。與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升保護等多項保護功能，更地保護了電機。

　　（6）節(jié)能效果顯著，大大降低了除塵電耗。為了對除塵系統(tǒng)變頻改造后的效果進行評價，在系統(tǒng)投入正常運行后對設(shè)備實際使用和節(jié)電情況進行了測定和數(shù)據(jù)分析。變頻改造前后工況相同，隨機抽取一個正常工作日，將系統(tǒng)切換工頻運行采用閥門調(diào)節(jié)風(fēng)量，網(wǎng)側(cè)計量耗電量，然后將系統(tǒng)切換變頻運行，計量耗電量，具體數(shù)據(jù)如下表：

　　7.結(jié)束語

　　總之，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-240F高壓變頻器在我公司燒結(jié)廠配料除塵風(fēng)機上的改造是成功的，它不僅滿足了配料除塵系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，節(jié)能效果顯著，而且性能穩(wěn)定，運行可靠。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是比較先進、理想的調(diào)節(jié)技術(shù)，雖然初期投資較大，但由于其節(jié)電效果明顯，投資回收周期較短，因而其綜合經(jīng)濟效益還是較高的，從節(jié)能觀點出發(fā)，應(yīng)充分采用變頻器技術(shù)。在能源越來越緊張的今天，相信風(fēng)光高壓變頻器，在更多的行業(yè)，會有更好的表現(xiàn)。