1.引言

濟(jì)鋼始建于1958年，是國內(nèi)十大鋼廠之一，是全國最大的中厚板生產(chǎn)出口龍頭企業(yè)，產(chǎn)品出口比例、中厚板的產(chǎn)量、成本、市場(chǎng)占有率、出口量等多項(xiàng)指標(biāo)位居全國前列。隨著技術(shù)研究的進(jìn)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(jìn)口變頻器相比肩，但是受工藝技術(shù)的限制，與進(jìn)口產(chǎn)品的差距還是比較明顯。選擇過高的電壓等級(jí)造成投資過高，回收期長。電壓等級(jí)的提高，電機(jī)的絕緣必須提高，使電機(jī)價(jià)格增加。電壓等級(jí)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(xiàng)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(gè)行業(yè)。濟(jì)鋼燒結(jié)廠正是在這種形勢(shì)下，對(duì)配料除塵系統(tǒng)進(jìn)行高壓變頻技術(shù)研究改造。

2.設(shè)備概況

機(jī)組的主要參數(shù)如下：

除塵風(fēng)機(jī)參數(shù)

型號(hào) Y4-73

風(fēng)量 145000m3/h

風(fēng)壓 4000Pa

電機(jī)參數(shù)

電機(jī)型號(hào) 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(dòng)機(jī)定子繞組的頻率，從而改變同步轉(zhuǎn)速來實(shí)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(dòng)機(jī)，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種方法具有高效率、寬范圍和高精度的調(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，是最具發(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(dòng)態(tài)精度要求高的地方具有明優(yōu)勢(shì)，適用于軋機(jī)、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(duì)簡單，較適合于3.3kv或4.16kv的電機(jī)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(jī)水泵類負(fù)載，但不適合用在對(duì)動(dòng)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(duì)變頻器房間應(yīng)設(shè)置空調(diào)設(shè)備，并對(duì)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(biāo)

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(dòng) ±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(shí)間 可由用戶生產(chǎn)工藝設(shè)定

減速時(shí)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(hù)等級(jí) 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(dòng)機(jī)，對(duì)電機(jī)、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(bǔ)償、諧波抑制裝置。

3.2.3 單元電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)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(qiáng)弱電隔離，安全可靠。

3.2.6 完善的故障檢測(cè)，精確的故障保護(hù)及準(zhǔn)確的定位顯示和報(bào)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(chǎng)控制/遠(yuǎn)程控制，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)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(dú)立，無高壓可以檢測(cè)變頻器輸出，便于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試以及培訓(xùn)操作人員，便于維護(hù)。

3.2.10 采用準(zhǔn)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(shí)高溫老化、150%負(fù)載試驗(yàn)，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(jī)、下位機(jī)、單片機(jī)。其中單片機(jī)給用戶提供一個(gè)4位LED數(shù)碼顯示屏和一個(gè)12鍵的小鍵盤操作平臺(tái)，可對(duì)變頻器進(jìn)行全部操作，包括參數(shù)設(shè)置和各種運(yùn)行指令。工控機(jī)用觸摸屏和通用鍵盤給用戶提供操作平臺(tái)，其功能更齊全。上位機(jī)放在總控室，可對(duì)多臺(tái)變頻器進(jìn)行遙測(cè)、遙控。若只有一臺(tái)變頻器，上位機(jī)可省，或讓客戶自定。

3.2.13 可接收和輸出多路工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。

3.2.14 可打印輸出運(yùn)行報(bào)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(jì)目標(biāo)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(bǔ)償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、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(jī)

風(fēng)光高壓變頻器，采用若干個(gè)低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實(shí)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(gè)功率單元∕相，三相共18個(gè)單元，采用36脈沖整流，輸入端的諧波成分遠(yuǎn)低于國標(biāo)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(dāng)某個(gè)功率模塊發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)旁路運(yùn)行，變頻裝置不停機(jī)，但需降額使用，即在每個(gè)功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路，當(dāng)功率單元故障時(shí)，封鎖對(duì)應(yīng)功率單元IGBT的觸發(fā)信號(hào)，然后讓旁路SCR導(dǎo)通，保證電機(jī)電流通過，仍形成通路。為保證三相輸出電壓對(duì)稱，在旁路故障功率單元的同時(shí)，另外兩相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)功率單元也同時(shí)旁路。

（2）保護(hù)功能

① 過流保護(hù)。電機(jī)電流的160%,允許1min, 超過則立即保護(hù)。

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

③ 單元過壓保護(hù)。檢測(cè)每個(gè)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(jìn)行過壓保護(hù)。

④ 單元欠壓保護(hù)。檢測(cè)每個(gè)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(jìn)行欠壓保護(hù)。

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

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

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(cè)電路，并能對(duì)所有故障提供精確的定位，在工控機(jī)界面上作出明確的指示。用戶可以根據(jù)工控機(jī)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)備最大程度不間斷運(yùn)行。系統(tǒng)發(fā)生下列故障時(shí)，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(jī)故障，工控機(jī)故障。對(duì)于一般故障的發(fā)生，系統(tǒng)不作記憶處理。在停機(jī)狀態(tài)下，如果存在這類故障，用戶還能進(jìn)行啟動(dòng)等操作。

系統(tǒng)發(fā)生下列故障時(shí)，按照重故障處理。單元重故障，變壓器嚴(yán)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(bào)警并自動(dòng)跳閘停機(jī) .只有故障徹底排除后，才能重新開機(jī)。

4.系統(tǒng)改造方案

濟(jì)鋼燒結(jié)廠配料除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)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(dòng)機(jī)

變頻器控制配料除塵風(fēng)機(jī)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(gè)高壓隔離開關(guān)，要求K2和K3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。K3斷開，K1和K2閉合，風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行；K1和K2斷開，K3閉合，風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。

5.項(xiàng)目實(shí)施情況

2005年5月6日，濟(jì)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(yùn)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(yùn)行調(diào)試。

2005年8月29日至9月3日，變頻器試運(yùn)行。

2005年9月9日，變頻器正式交接，我公司出據(jù)驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。

6.現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況

與原系統(tǒng)比較，引進(jìn)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(diǎn)：

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

（2）可根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際粉塵濃度，通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到除塵又節(jié)能的目的。

（3）減少了維護(hù)費(fèi)用。由于對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)真正的軟啟動(dòng)，軟停止，所以對(duì)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、擋板等各種設(shè)備以及電網(wǎng)的啟動(dòng)沖擊大大減少，減少了設(shè)備的維護(hù)，延長了設(shè)備的使用壽命，大大降低了維護(hù)成本。

（4）減輕了值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。原配料除塵系統(tǒng)有多個(gè)可操作閥門，在工頻運(yùn)行時(shí)，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(chǎng)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(shí)，只需在值班室調(diào)節(jié)變頻器遠(yuǎn)控箱的運(yùn)行頻率即可，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)人員的工作量，提高了工作效率。

（5）變頻器具有多項(xiàng)保護(hù)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(hù)等多項(xiàng)保護(hù)功能，更精確地保護(hù)了電機(jī)。

（6）節(jié)能效果顯著，大大降低了除塵電耗。為了對(duì)除塵系統(tǒng)變頻改造后的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，在系統(tǒng)投入正常運(yùn)行后對(duì)設(shè)備實(shí)際使用和節(jié)電情況進(jìn)行了測(cè)定和數(shù)據(jù)分析。變頻改造前后工況相同，隨機(jī)抽取一個(gè)正常工作日，將系統(tǒng)切換工頻運(yùn)行采用閥門調(diào)節(jié)風(fēng)量，網(wǎng)側(cè)計(jì)量耗電量，然后將系統(tǒng)切換變頻運(yùn)行，計(jì)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(jī)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(yùn)行可靠。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是比較先進(jìn)、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(jì)效益還是較高的，從節(jié)能觀點(diǎn)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(huì)有更好的表現(xiàn)。