摘 要：本文著重介紹了國(guó)產(chǎn)多電平高壓變頻器在通化鋼鐵集團(tuán)煉鐵廠的應(yīng)用情況。變頻器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明，冶金行業(yè)采用國(guó)產(chǎn)高壓變頻器對(duì)高爐除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速節(jié)能，改造是成功的，節(jié)能效果是明顯的。 關(guān)鍵詞： 多電平 高壓變頻器 節(jié)能 Abstract: The paper introduces the application of multi-level high voltage inverter in Tonghua Steel Factory. The running result indicates that the adoption of high voltage inverter to Remove-Dust is successful and the effect of saving energy is distinct. Key word: Multi-level High voltage inverter Saving energy 　　 1、引言 通化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司是吉林省省屬最大的國(guó)有工業(yè)企業(yè)和唯一的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)集團(tuán) 。 隨著世貿(mào)組織的加入和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，為提高產(chǎn)品市場(chǎng)占有率 、 競(jìng)爭(zhēng)力，通化鋼鐵集團(tuán)深化改革，加快一批項(xiàng)目建設(shè)，其中 6# 高爐為新建項(xiàng)目之一。 6# 高爐為 750m 3 高爐， 6# 高爐吸取了以前舊高爐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在建設(shè)中采用了大量先進(jìn)的生產(chǎn)工藝。高爐除塵風(fēng)機(jī)的變頻控制就是先進(jìn)工藝的典型應(yīng)用。以前舊高爐除塵風(fēng)機(jī)一般工頻運(yùn)行或液力偶合器控制。若電機(jī)采用工頻運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門的出口擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量來滿足生產(chǎn)工藝要求，大量電能白白浪費(fèi)在閥門上 ; 若采用液力偶合器調(diào)速，則存在以下缺點(diǎn)： （1）調(diào)速范圍窄，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。 （2）電機(jī)的效率低，損耗大。 （3）液力偶合器經(jīng)常出現(xiàn)故障，不能滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要。 （4）調(diào)節(jié)精度低，響應(yīng)慢。 鑒于存在以上諸多問題，因此，通鋼集團(tuán)煉鐵廠 6#高爐除塵風(fēng)機(jī)改用變頻調(diào)速控制。 2、高壓變頻器技術(shù)要求 眾所周知，高爐在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量的煙囪，污染環(huán)境，根據(jù)國(guó)家法規(guī)，需要除塵處理。除塵風(fēng)機(jī)是除塵系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，一旦除塵風(fēng)機(jī)不能正常工作，不但耽誤生產(chǎn)，影響產(chǎn)量，還有可能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)值班人員人身安全造成威脅，因此，和除塵風(fēng)機(jī)配套的高壓變頻器，要求具有極高的可靠性。對(duì)高壓變頻器的主要要求如下： （1）要求可靠性高 （2）要求有完善的數(shù)字控制功能 （3）技術(shù)指標(biāo)要求高 （4）要求適應(yīng)惡劣的使用環(huán)境 （5）要求標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信接口 （6）調(diào)速范圍大，效率要高 （7）要求滿足高爐生產(chǎn)工藝調(diào)速要求 經(jīng)過多方考察，比較性價(jià)比，決定選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 JD-BP38型高壓變頻器，通過雙方技術(shù)人員的合作，共同制定了6#高爐除塵風(fēng)機(jī)的變頻控制方案。 ⒊現(xiàn)場(chǎng)除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)介 ⒊1電機(jī)及風(fēng)機(jī)參數(shù) 1 ）電機(jī)參數(shù) 　型號(hào) Y 560-3-8 　額定功率 800KW 　額定電壓 10KV 　額定頻率 50HZ 　額定電流 59.5A 　額定功率因數(shù) 0.82 　額定轉(zhuǎn)速 745rpm 2 ） 風(fēng)機(jī)參數(shù) 　型號(hào) Y4-73 　額定流量 393797m 3 /h 　額定轉(zhuǎn)速 730rpm 　軸功率 800KW 3.2除塵風(fēng)機(jī)工藝要求 高爐生產(chǎn)為周期性間斷出鐵 ,高爐在出鐵時(shí),產(chǎn)生大量棕紅色煙塵,此時(shí)要求風(fēng)機(jī)變頻高速運(yùn)行；在不出鐵時(shí),只需要很低的轉(zhuǎn)速。利用變頻器根據(jù)高爐實(shí)際需要對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制,既保證和改善了工藝,又達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。 通鋼 6#高爐一個(gè)出鐵工藝高速時(shí)間約40min,每天出鐵15爐。出鐵時(shí),變頻器高速運(yùn)行,高速定為45HZ（可調(diào)）；不出鐵時(shí),變頻器低速運(yùn)行,低速定為20HZ（可調(diào)）。 4 . 高壓變頻器系統(tǒng)介紹 通鋼集團(tuán)有限公司煉鐵廠最終選定我公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌 JD-BP38 -800F 功率單元多電平串聯(lián)高壓大功率變頻器 , 對(duì) 6# 高爐除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制 。 4.1 風(fēng)光牌 JD-BP38 -800F 高壓變頻器主要性能指標(biāo) 變頻器功率 800KW 額定輸出電流 69A 輸入頻率 50HZ ± 5HZ 額定輸入電壓 10KV 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 0～10KV 變頻器效率 ≥96% 過載能力 100% 連續(xù) 160% 連續(xù) 1min 220% 允許 1.5S 4.2 JD-BP38 -800F 高壓變頻器主要技術(shù)性能 4.2.1 高——高電壓源型變頻器，直接 10KV 輸入，直接 10KV 輸出，無須任何輸出變壓器或?yàn)V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。 4.2.2 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。 4.2.3 單元電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單，互換性好。 4.2.4 輸出階梯正弦 PWM 波形。 4.2.5 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。 4.2.6 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。 4.2.7 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。 4.2.8 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。 4.2.9 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)。 4.2.10 采用準(zhǔn)優(yōu)化 SPWM 調(diào)制技術(shù)，電壓利用率高。 4.2.11 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。 4.2.12 中文 Windows 操作界面，彩色液晶觸摸屏操作。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)（商用 PC 機(jī)）、下位機(jī)（工控機(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，包括參數(shù)設(shè)定、功能設(shè)定、運(yùn)行操作、運(yùn)行數(shù)據(jù)打印、故障查詢等等。上位機(jī)（商用 PC 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。 4.2.13 可接收和輸出多路工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 4.2.14 可打印輸出運(yùn)行報(bào)表 。 4 . 3 高壓變頻系統(tǒng)介紹 風(fēng)光牌 JD-BP38 型高壓變頻系統(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，以最新型西門子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。 4 . 3 . 1 JD-BP38 型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 示。由移相變壓器，功率單元和控制器組成。風(fēng)光 10KV 高壓變頻器，變壓器有 30 組付邊繞組，分為 10 個(gè)功率單元 / 相，三相共 30 個(gè)單元，采用 36 脈沖整流，輸入端的諧波成分遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)規(guī)定。 [ALIGN=CENTER] 圖 1 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖[/ALIGN] 4 . 3 . 2 功率單元電路 每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)如圖 2 示，為基本的交 - 直 - 交單相逆變電路，整流側(cè)為六支二極管實(shí)現(xiàn)三相全波整流，通過對(duì) IGBT 逆變橋進(jìn)行正弦 PWM 控制。每個(gè)功率單元完全一樣，可以互換，這不但調(diào)試 、 維修方便，而且備份也十分經(jīng)濟(jì)。假如一單元發(fā)生故障，該單元的輸出端能自動(dòng)通過可控硅旁路而整機(jī)可以暫時(shí)降額工作，直到緩慢停止運(yùn)行。 [ALIGN=CENTER] 圖 2 單元電路主電路圖[/ALIGN] 4 . 3 . 3 輸入側(cè)結(jié)構(gòu) 輸入側(cè)由移相變壓器給每個(gè)單元供電， 每個(gè)功率單元都承受電機(jī)電流、 1/10的相電壓、1/30的輸出功率。30個(gè)單元在變壓器上都有自己獨(dú)立的三相輸入繞組。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，目的是實(shí)現(xiàn)多重化，降低輸入電流的諧波成分。 本機(jī)中移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成 36脈沖整流方式；這種多級(jí)移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1， 輸入電流諧波成分低。實(shí)測(cè)輸入電流總諧波成分小于5%。 4.3.4輸出側(cè)結(jié)構(gòu) 輸出側(cè)由每個(gè)單元的 U 、 V 輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對(duì)每個(gè)單元的 PWM 波形進(jìn)行重組，可得到如圖 3 所示的階梯 PWM 波形。這種波形正弦度好， dv/dt 小，可減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。 [ALIGN=CENTER] 圖 3變頻器輸出的相電壓階梯PWM波形圖[/ALIGN] 4.3.5 控制器 控制器核心由高速 32 位 DSP 芯片和工控 PC 機(jī)協(xié)同運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。工控 PC 提供友好的全中文 WINDOWS 監(jiān)控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。 5.變頻控制方案 變頻器控制 6#高爐除塵風(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。K1和K2閉合，K3斷開，風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行；K3閉合，K1和K2斷開，風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行�？刂品桨附泳�如圖4示。 [ALIGN=CENTER] 圖 4 控制方案接線圖[/ALIGN] K0 用戶原高壓開關(guān) K1 、 K2 和 K3 高壓隔離開關(guān) BPQ JD-BP38 -800F 高壓變頻器 M 高壓電動(dòng)機(jī) 6.變頻器運(yùn)行情況 2004 年 10 月，通化鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠和我公司簽定了一臺(tái)高壓變頻器 , 型號(hào)為 JD-BP38 -800F 。 2004 年 12 月 16 日 ，高壓變頻器開始安裝就位； 2004 年 12 月 20 日 ，調(diào)試完畢； 2004 年 12 月 25 日 ，正式投入運(yùn)行。整個(gè)變頻器安裝調(diào)試周期都很短 , 為 6#750 高爐順利投產(chǎn)提供了有利的保證 。 高壓變頻器控制除塵風(fēng)機(jī) , 與原舊高爐除塵風(fēng)機(jī)比較 , 主要有以下優(yōu)點(diǎn) : （1）運(yùn)行穩(wěn)定 ,安全可靠。 從變頻器順利投運(yùn)近八個(gè)月以來 ,對(duì)變頻器輸入變壓器溫升、功率單元溫升、輸出電壓、輸出電流等各項(xiàng)參數(shù)定期巡檢，完全正常。變頻器運(yùn)行一直十分穩(wěn)定，為6#高爐安全可靠生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保證。對(duì)于用戶來說,只需定期對(duì)變頻器除塵,不用停機(jī),保證了 高爐 生產(chǎn)的連續(xù)性。 （2）電機(jī)及機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn),各項(xiàng)指標(biāo)滿足工藝要求。 在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi) , 電機(jī)始終運(yùn)行平穩(wěn) , 溫升正常 。 風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的噪音和啟動(dòng)電流非常小 , 無任何異常振動(dòng)和噪音 。 在調(diào)速范圍內(nèi) , 軸瓦最高溫升允許 65 ℃ , 實(shí)測(cè) 10 ℃ 。 （3）變頻器的三相輸出波形完美,非常接近于標(biāo)準(zhǔn)正弦波。 經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 ,變頻器的三相輸出電壓波形、電流波形非常標(biāo)準(zhǔn),說明變頻器完全可以控制一般的普通電動(dòng)機(jī)運(yùn)行,對(duì)電機(jī)無任何特殊要求。 （4）運(yùn)行工況改善,工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低。 隨著高爐生產(chǎn)除塵的需要 ,調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量,滿足高爐生產(chǎn)工藝的需要,工作強(qiáng)度大大降低。 （5）減少了維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用。 原舊高爐除塵風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中 ,經(jīng)常造成風(fēng)機(jī)和電機(jī)的損壞,維護(hù)工作量大,檢修費(fèi)用高,采用變頻技術(shù)調(diào)速后,減少了機(jī)械磨損,保證了風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。 （6）調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高。 除塵風(fēng)機(jī)的風(fēng)量經(jīng)常需要根據(jù)工藝的需要變化，在過去擋板或液力偶合器調(diào)節(jié)時(shí)，出現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開度與流量的非線形問題，致使調(diào)節(jié)失誤，采用變頻拖動(dòng)風(fēng)機(jī)可以在 0～50HZ范圍內(nèi)任意調(diào)速，調(diào)速精度高，可保持在0.1～0.01HZ范圍內(nèi)工作，便于實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)自動(dòng)化控制。 （7）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)。 （8）節(jié)能效果顯著，大大降低了電耗。 該系統(tǒng)生產(chǎn)周期大約為 1小時(shí)，出鐵時(shí)間為20分鐘，間隔約40分鐘，系統(tǒng)配置電機(jī)額定電流為 59.5A ，根據(jù)其它生產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)行情況電機(jī)運(yùn)行電流在 55A左右。高爐出鐵變頻高速運(yùn)行45HZ時(shí)，電流為 45A 左右，在 20Hz低速運(yùn)行時(shí),電流為15A左右。（一天中風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行時(shí)間占40%，無停機(jī)時(shí)間） P 變 =1.732×10×（45×0.98×40%＋15×0.98×60％）=458KW P 工 =1 . 732 × 10 × 55 × 0 . 86=819KW 節(jié)電率 = （ P 工 -P 變 ） / P 工 =44% 7.結(jié)束語 從近 8 個(gè)月的運(yùn)行情況來看，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 JD-BP38 -800F 高壓大功率變頻器性能優(yōu)越，可靠性高，節(jié)能效果顯著，變頻系統(tǒng)滿足了高爐連續(xù)生產(chǎn)的需要。風(fēng)光牌 JD-BP38 -800F 在通鋼集團(tuán) 6#750 高爐除塵風(fēng)機(jī)的成功運(yùn)行，說明在高爐除塵風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)是完全正確的，證明了其性能具有無可比擬的優(yōu)越性。 參考文獻(xiàn) （1）山東新風(fēng)光電子使用手冊(cè) 山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。 （2）山東新風(fēng)光電子 JD-BP38 -800F 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)通鋼調(diào)試大綱。 （3）山東新風(fēng)光電子 JD-BP38 -800F 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)通鋼驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。 作者簡(jiǎn)介：趙樹國(guó)（ 1978－），男，2002年畢業(yè)于海軍大連艦艇學(xué)院，現(xiàn)在山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司技術(shù)部負(fù)責(zé)高壓變頻器的工作。