潍钢炼铁厂风机变频器运行现场

         一、前言 

             潍钢团体公司炼铁厂现有4座高炉2条烧结生产线，高炉冶炼是连续不中断作业，同时又是用电耗能大户。随着国家节能减排政策的出台，为了节约能源减少污染排放，节能改造势在必行。高压交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，到我公司推广节能设备的有多家公司，因此在高压变频器的选用上非常谨慎，2008年1月我厂采用北京合康亿盛公司产的10kV和6kV变频器用于交流电机的变频调速，其技术和性能远远胜过以前采用的调速方式（如串级调速、液力耦合器调速、转子水阻调速等）。我公司选用的合康高压变频器在炼铁厂4号高炉热风炉1＃助燃风机、炉前除尘风机、原料除尘风机、1＃2＃喷煤收尘风机、1＃烧结机尾除尘风机共6台设备进行第一期节能改造，并在5月份陆续安装调试完成，稳定运行至今。使我公司成为国产高压变频器的品牌基地。本文只论述3台整理完数据的变频器，其余3台还在检测中。

         二、工况简述

             我公司4＃高炉热风炉是为1300m3高炉配套的内顶燃式热风炉，格子砖为蓄热载体，以燃烧高炉煤气为主，燃烧制度为两烧一送，拱顶的温度可达到1300℃，烟道温度在规定的时间内达到300℃，为高炉送风的温度为1100℃左右。助燃风机的作用是抽取大气中的空气，引进热风炉中为其助燃。风机型号为9-28-14D,全压40800－12000Pa，电机型号YKK450-4 10kV 400kW ,烧炉需用风量10万m3/h  风压：4kPa  换炉时6kPa，风机进风阀开度在30％，改造前通过调节风机进风阀开度和放散阀开度满足工艺要求，在调整过程中轻易产生喘震现象，对设备危害性大，并且风机运行噪音大，电机低负载率功率因数低耗能大。

             高炉出铁时会有大量的黄烟，并伴有废气和灰尘，4＃高炉是1300 m3，天天出11炉铁水，每次大约50分钟，间隔30分钟，通过炉前除尘风机引出由布袋除尘进行处理。改造前通过调整液力耦合器转速控制布袋除尘箱体压差调整除尘效果，出铁时高转速，不出铁时低转速。为了保护电机设备，进风阀开度50％，设备利用率大大降低。

             为高炉生产所供的原料，进炉前需筛分，4＃高炉供料系统大小料仓18个，因筛分产生的扬尘点近百个。原料除尘风机的作用是把上料过程中产生的灰尘集中收集处理。改造前电机电流大温度高风机进口阀开度只能在50％，限制了除尘效果。
我厂4＃高炉年产百万吨以上，为节能减排，2008年5月首先对热风炉助燃风机、炉前和原料除尘风机所配置的10kV400kW、10kV1120kW、10kV1000kW电机进行变频改造，目前运行情况良好，而且调节简单、省时省力，耗电量比改造前明显减少。

         三、变频前后耗电情况对比

             我厂于2008年5月起开始将高压变频器应用在4号高炉1＃助燃风机、炉前除尘风机、原料除尘风机的节能改造，目前高压变频运转稳定，均匀节电率达到30%以上，取得了明显的经济效益。表一是我厂安装高压变频前后数据对比。（注：其它3台的数据还在检测中）

表一 淮钢团体炼铁厂安装高压变频前后数据对比

         四、可靠性

             经过对4号高炉炉前除尘原系统进行分析，对原系统的风压、风量控制由原来的液力耦合器调节改为变频器调节，由变频器对电机本身进行调速，最后达到工况要求值。液力耦合器本身能耗达10%左右，而且需要油泵及冷却水来辅助运行，故障率较高，维护本钱高，特别是在夏季因耦合器产生热量较大，需加进四组冷油器，用循环水强降温，水消耗量大，资源浪费严重。原料除尘系统没有液力耦合器，只有进风阀。直接由变频器对电机本身进行调速。变频器设备接进用户侧高压开关和拟改造电机之间，变频器控制分为远程和就地操纵。为了充分保证系统的可靠性，变频器同时加装工频旁路装置，可在变频回路故障时将电机切换至工频状态下运行，且切换方式为手动切换。电机、高压断路保存了用户原有设备。我们保存了原操纵系统，变频器故障时，电机手动切换到工频运行后，操纵工按照改造前的操纵达到工况要求。变频器及其工频旁路开关由变频器整体配套提供。改造后操纵简单，避免了因操纵失误引发的事故。进风阀全开，减少风道的振动，通过变频调速后启动制动平稳，没有大电流的波动，不对设备产生冲击，延长使用寿命，降低了故障率。

 
炉前出铁场除尘风机现场

             针对4高炉助燃风机特殊工艺要求：3座热风炉两烧一送，约2小时换炉一次，换炉操纵时间约10分钟，这期间需要频繁开关多个阀门，重要的是控制好风压、风量。所以改造过程中现场操纵箱除保存紧急停机按钮和必要的信号指示外，其余频率给定、电流显示、故障指示接进上位机通过PLC控制，进步了可靠性。进风阀全开，控制电机转速满足工艺要求，喘震现象完全消除，噪音降低改善了四周环境。
 

4号高炉助燃风机现场

         五、改造过程简述

             为了展设电缆方便，根据我厂现场环境的实际情况，我们把助燃风机变频柜安置在4＃高炉10kV开关站，在原料和出铁场除尘高配室四周新建一变频器专用房来安放出铁场除尘变频柜和原料除尘变频柜。机旁操纵箱就安置在电机平台下面，非常方便。为减小安装本钱，动力电缆保存了原高压柜至电机的电缆，将电缆原接线由高压柜牵至变频器，再重新由高压柜到变频器敷设一根动力电缆，由于变频器房与高压室间隔一段间隔，从变频器到电机电缆需作一中间接头。其余控制联锁信号电缆新放，这样施工过程独立，减少对接时间，工作量不大。

 
原料除尘风机现场

             由于现场灰尘较大，而变频器为强迫风冷，设备内空气流通量较大，为保障变频器尽量少受外界灰尘的影响，在房间透风设计上，设计了大面积专用进风窗。透风窗采用专用过滤棉滤网，这样使进进变频器室内的空气经过透风窗滤灰，进进变频器室内的灰尘大大减少。由于使用的变频器功率较大，为保证足够的透风冷却效果，在变压器柜顶和功率柜顶分别独立安装了一整体风罩，与各自的出风口连成整体，保证变频器整体冷却透风要求，即使在夏季高温季节也不需开空调进行降温。
 

专门制作的风道

         六、变频改造总结

             根据我厂对部分风机的高压变频器的安装及使用情况，总结变频器改造有以下优点。
    1、安装简单，即将原高压开关柜与电动机之间插进安装变频器，对原有接线改动不大。
    2、操纵使用方便，变频器操纵只有简单的开机、停机和频率调整。
    3、能进行无级调速，调速范围广，且调速精度高，适用性强。
    4、保护功能完善，故障率低，排风机启动平稳，启动电流小，可靠性高。
    5、电动机不需长期高速运行，工作电流大幅度下降，解决了电机温升高的题目，节电效果明显。
    6、由于变频器取代了液耦调速，消除了机械及液压高故障率的缺陷，设备维护用度降低。
    7、电动机运行振动及噪声明显下降，轴承温度也有很大的下降。

       ,水帘厂家;      交流变频调速器，以适用性强、可靠性高、操纵使用方便等性能，受到用户的欢迎。它应用在调速、节电、软启动方面，对企业有很大的实用价值。合康公司高压变频器对我厂部分风机电机进行了成功的改造，节能效果明显，进步了整个系统的工艺性能，得到车间负压风机哪家好的好评，我们二期、三期的高压变频器改造正在计划中。

         　　水泥企业是国民经济生产中的能源消耗大户，水泥行业已被列为国家节约资源的重点领域之一。在国务院提出加快建设节约型社会的政策环境下，进步水泥行业的节约型制造和应用水平，建立节约型水泥产业体系意义重大。在当前国内外能源供需矛盾突出的情况下，水泥行业必须通过各种途径降低能耗，以获得最佳的经济效益和最高的劳动生产率。水泥生产中电动机负载电耗就占本钱近30%，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，对一条水泥生产线，其中有25%～30%的电能是用于拖动各种类型风机上，因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。

         　　新疆伊犁南岗建材（团体）有限责任公司是以生产水泥、化工产品为主导的产业化团体。在2001年2月，经新疆兵团农四师批准，依法改制为伊犁南岗建材有限责任公司，由新疆伊力特实业股份有限公司、农四师73团、75团等11家单位共同投资在伊宁市边境经济合作区注册成立。注册资本1.73亿元。目前，水泥年生产能力将达200万吨。

         2.英威腾CHH系列高压变频器技术特点

         　　深圳市英威腾电气股份有限公司，提供的CHH100系列变频器除了具有一般厂家的高压变频器功能外，还有以下几方面的特点。

         　　1）具有较强的功能，能够满足不同工况

         　　CHH100系列高压变频器采用DSP系统与可编程系统巧妙的结合，控制系统高度集成化，设备器件主要采用进口器件，完成了比一般高压变频器的功能，具有300多个功能码，可以对启动特性、运行模式等功能根据现场工况进行不同设定。CHH100系列高压变频用具有标准的RS485接口，可以通过RS485通讯接口（采用标准通讯协议）与DCS进行连接，也可以通过硬接线的方式与DCS系统进行连接。多种接口方式选择可以DCS系统很方便的对变频调速系统进行监控。也可以进行不同参数设置，满足现场其它各种不同工况。

         　　2）全面的保护功能

         　　CHH100系列变频器的功率单元自身就有多达11种的故障保护;主控系统采用DSP+PFGA巧妙配合，电气部分对输出电压、输出电流、输进电压、输进电流都有全面检测，对变频器电源及电机都有过压、过流、过载、欠压、温度等具有多达二十几种超强综合保护功能，并且重要的保护定值可以根据现场不同的工况进行参数设定。内置雷击过流保护装置，有效进步设备保护功能和系统保护功能,湿帘冷风机，完全能够保证电源及电机的安全运行。

         　　3）全面的参数记录

         　　CHH100系列高压变频器显示多项运行参数过过程变量，包括每个模块的温度、母线电压都有检测与显示。具有故障、事故显示、记录功能，具有自诊断功能，所在信息可以通过通讯上传至DCS系统，异常时对变频器的状态都有全面的记录，以便现场职员更正确、更快捷地解决题目。

         　　4）最大的电压、电流冗余量设计

         　　深圳市英威腾电气股份有限公司生产的CHH100系列高压变频器，以安全、可靠、使用寿命长为首要设计原则，采用1700V高压IGBT，9级或6级串联，电压裕量为2.0倍左右。功率器件电压安全设计冗余量较高。

         　　5）电机转速自动跟踪功能

         　　CHH100系列高压变频器在主电源母线切换（10秒内）过程中，变频器能够自动跟踪电机的转速，当主电源恢复后变频器自动运行起来，保证了机组安全可靠运行。

  ,水帘空调;       　　6）功率模块自动旁路技术

         　　模块自动旁路技术进步了系统的稳定性，CHH100系列高压变频器采用功率模块自动旁路技术，可在1ms内旁路故障模块，变频器降额并可长期运行，等适当时候停机处理。

         　　7）良好的电压波动适应能力

         　　CHH100系列高压变频器对电网电压在±15%范围内波动，变频器能满载输出;电网电压短时（30秒）下降至额定电压的65%时，可继续降额运行，不进行保护。

         　　8）最有效的电磁干扰解决方案

         　　深圳市英威腾电气股份有限公司生产的CHH100系列高压变频器在模块设计上，独家采用后进线、前出线设计方案;结构方面和电气方面全面考虑电磁抗干扰措施，尤其是核心的控制板件，最有效保证变频器的可靠运行。

         　　9）公道的散热系统

         　　功率采用独立的散热风道，系统集中散热的方式，散热性能良好，满载长时间运行温升不超过25℃，良好的散热系统可以确保变频装置的高可靠性，并延长变频装置内部的器件使用寿命。

         　　10）模块化设计

         　　CHH100系列变频器，遵循模块化设计理念，功率单元采用模块化结构，各个相同的功率单元的结构、配置完全相同，可以非常方便的互换，从而利于生产的标准化，以及维修的标准化。

         　　11）最简洁操纵、最快捷维护

         　　深圳市英威腾电气股份有限公司生产的CHH100系列高压变频用具有人性化的接口设计、界面简洁清楚;操纵方便，采用抽屉式模块设计，更换模块仅需5分钟;滤网更换方便、快捷。

         3.原来用液力耦合器缺陷：

         　　1.液力耦合器属于一种机械调速设备。液力耦合器的原理决定了液力耦合器有5-8%的速度损失。同时功率损失变为热量，使液压油温过高。需要大量冷却水冷却液压油。

         　　2. 在实际运行中油温高于95℃以上，使冷却器的水易结垢堵塞，造成故障。

         　　3. 由于液力耦合器是用液压油传递功率，因此速度控制不稳定、功率因数低、调速精度差。

         　　4. 液力耦合器整机效率低，功率因数低，调速精度差，调速本身的损耗大、维护量大、二次本钱过高，所以节能效果不明显。

         4.窑尾窑尾高温风机系统简介

         　　新疆伊犁南岗建材（团体）有限责任公司水泥厂生产线为干法悬窑，其窑烧成系统流程简图如图1所示：

图1 窑烧成系统流程简图

         　　从预热器来的生料从窑尾进进到窑中，借助窑的转动来促进生料在旋窑内高温下混合、煅烧，物料依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动。窑内燃烧产生的余热废气，在窑尾高温风机的作用下，通过预热器对进进窑尾前的生料进行预热均化，降温后的余热废气再通过高温风机抽出进进废气处理（除尘及排出）。

         5.窑尾高温风机改造过程简述

         　　近两年，高压变频器发展迅猛，涌现出生产高压变频器的大小厂数十家。但是，各厂家的主拓扑结构都相差无几。通过各种途径的考察与比较，新疆伊犁南岗建材团体终极选择深圳英威腾电气股份有限公司的自主研发、生产的多单元串联的高─高形式的CHH100系列高压变频器， 在2008年11月在该项水泥厂的其中一条3#生产线的窑尾高温风机安装高压变频器, 进行变频节能改造，都取得良好的节能效果，下面对改造情况作一简单介绍。

         　　1.为减小安装本钱，动力电缆保存了原高压柜至电机的电缆，将电缆原接线由高压柜牵至高压变频器，再重新由高压柜到高压变频器敷设一根动力电缆，由于高压变频器房紧邻高压室，此电缆长度较短。

         　　2.高压变频用具有远程和本机控制功能。本机控制时通过高压变频器控制柜上触摸屏可就地人工启动、停止高压变频器，可以调整电机转速、频率。远程控制放在控制室，设有操纵台和上位机，由配电工操纵控制。通过上位机配电工可以随时了解设备的运行情况，通过操纵台可实现对高压变频器进行简单的远方操纵。配电工可以根据工况自由选定高压变频器“手动/自动”调速运行。

         　　3.系统要求控制的压力值由手操器给定（4～20mA电流信号），母管压力反馈信号经压力变送器检测后，再由DCS供给。压力比较和PID运算均由DCS完成，其变换出来信号作为变频器给定信号，以控制电动机转速，使管网的压力稳定在压力设定值上，达到自动跟踪管网压力的目的。同时，通过变频器的模拟量输出接口将管网压力、实际电压、电流、频率反馈到DCS监控系统上。变频器仍然作为一个执行机构，类似挡板特性，只是时间系数需要重新调整，这种调节方式比较简便公道，只需要DCS根据以往的工频调节方式增加变频调节回路，以前的工频挡板控制方式继续保存备用。

         6.窑尾高温风机效益分析

         　　1.改造项目参数:

         　　电压:6000V; 电流:76A 额定功率:630KW 转速:990R/MIN 功率因数:0.85

         　　2.改造项目分析计算:

         　　由于现场对风机的风压没有特殊的要求，不考虑风压的情况下,没用高压变频之前（ 液力偶合装置）电压:6300V 运行电流:45A-50A 根据流量的对高压风机节能进行计算：

         　　液力偶合装置时的功率P1=1.732UicosQ=1.732＊6300＊45＊0.85W=417KW

         　　变频调速时,生产中电机转速为: 600r/min-700r/min变频器效率取97%

         　　变频调速的功率F2=630＊（650/990）3/085/0.97=220KW

         　　考虑其它方面的照明、冷却损耗约：P3=15 kW

         　　变频器节约的电能：P4= P1-P2-P4=417-220-15=182KW

         　　一年按照7000小时计算：

         　　一年总的节电：W=182＊7000=127.4万度。

         7.窑尾高温风机变频改造总结

         　　根据我公司在山水水泥厂各个风机的高压变频器的安装及使用情况，总结高压变频器改造有以下优点：

         　　1.安装简单，即将原高压开关柜与电动机之间插进安装高压变频器，对原有接线改动不大。

         　　2.操纵使用方便，高压变频器操纵只有简单的开机、停机和频率调整。

         　　3.能进行无级调速，调速范围广，且调速精度高，适用性强。

         　　4.保护功能完善，故障率低，排风机启动平稳，启动电流小，可靠性高。

         　　5.电动机不需长期高速运行，工作电流大幅度下降，节电效果明显。

         　　6.由于高压变频器取代了液耦调速，消除了机械及液压高故障率的缺陷，设备维护用度降低。

         　　7.电动机运行振动及噪声明显下降，轴承温度也有很大的下降。

         　　8.交流变频调速器，以适用性强、可靠性高、操纵使用方便等性能，受到用户的欢迎。它应用在调速、节电、软启动方面，对企业有很大的实用价值。我公司高压变频器在这个水泥厂对电机进行了成功的改造，其节能效果明显，且同时进步了整个系统的工艺性能，得到用户的好评，并在当地水泥行业中产生了很大的影响。

         8.结束语

         　　目前，水泥行业的竞争非常激烈，但关键还是制造本钱的竞争，而电动机电耗就占本钱近30%，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。高压变频器技术目前已经比较成熟，故障率较小，是水泥厂节能改造的理想设备，具有很高的应用价值。

    记者从金风科技获悉，近日由内蒙古电力科学研究院与金风科技合作进行的RTDS平台直驱永磁风机建模仿真获得成功。有关专家称，这表明由金风科技自主研发的永磁风电机组具有优异的低电压穿越能力，对于推动“电网友好”风电发展意义重大。

    据先容，RTDS(RealTimeDigitalSimulator)即实时数字仿真仪，是一种专门用于研究电力系统中电磁暂态现象的装置。此次建模仿真在不到一周的时间里将金风科技1.5MW直驱永磁机组的实际控制系统与RTDS平台进行了成功对接，实现了直驱永磁风机并网实时在线模拟。

    “这意味着通过简单的操纵，就可以对直驱永磁风机在复杂电力系统因风机并网而产生的题目进行科学的分析和研究，实现对风机并网特性的持续优化。”内蒙古电科院有关专家表示，“此举将大大进步电力系统的安全保障，降低通过实际电网进行试验的风险。”

　　水泥厂风机水泵变频改造方案

    变频器用于水泥生产过程,具有明显的节能效果,是目前最先进的节能调整设备｡变频调速电气传动由于其在性能上的优异表现,性价比的不断提高,也正快速取代传统的调速方式,成为水泥行业调速控制的主｡

    一､概述

    风机水泵类负载都是根据满负荷工作需用量来选型,实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态,由于交流电机调速很困难｡常用挡风板､回流阀或开/停机时间,来调节风量或流量,同时大电机在工频状态下频繁开/停比较困难,电力冲击较大,势必造成电能损耗和开/停机时的电流冲击｡采用变频器直接控制风机､泵类负载是一种最科学的控制方法,当电机在额定转速的80%运行时,理论上其消耗的功率为额定功率的(80%)2次方,即51.2%,去除机械损耗电机铜､铁损等影响｡节能效率也接近40%,同时也可以实现闭环恒压控制,节能效率将进一步提高｡由于变频器可实现电动机的软停､软起,避免了启动时的电压冲击,减少电动机故障率,延长使用寿命,同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗｡

    二､交流变频调速系统（变频器）的特点:

    1､效率高，提高功率因素，节约能源：在相同的情况下.变频器驱动比一般直流传动方式能提高效率5%左右,比电动机一发电机组供电的直流传动方式提高效率15%左右,比其它交流调速方式提高效率20%以上,节能效果显，变频器用于风机水泵上调速控制,甚至可节约电能50%以上｡

    2､ED2003系列风机水泵型变频器具有和直流调速系统相同的调速平滑､方便､超载力矩和起动力矩大等优点｡目前较先进的变频器的调速范围可达1:100,超载能力可达120%､60秒｡

    3､系统的控制精度和响应速度均优于工频传动指标和水平｡

    4､工/变频转换电路,保障系统的安全可靠

    5､提高了运行可靠性.减少了维修工作量，降低了运行成本，降低了水泥产品成本及提高了产品品质｡

    三､节能原理

    罗茨风机节能

    罗茨风机的风压是不受风机转速限制的,不论转速变化如何其风压可以保持不变｡而风量则与风机转速成正比的,即Q=KN

    Q:表示风量N:表示风机转速K:为系数

    从公式可知,风量调节,完全由变频器改变电机频率达到无级变速,起到调节风量的效果｡根据现场应用工艺，风机的最低频15HZ,通常在35HZ左右,有个别时刻50HZ满风量运行,由于立窑工艺基本是一致的,因此在不同的立窑风量调节量是基本相同的,凡立窑应用变频技术都可以获40%左右的节能效果｡
   
　　罗茨鼓风机个恒转矩负载,其节电率与转速降成正比即N%=△N%,虽然不同于一般风机､水泵节电率更高,但因它的功率较大,而且只要炉墙不坏,是连续24小时工作的,并开动时间亦很长｡因此节电潜力大,节电效果好｡

    罗茨鼓风机进行技术改造后,改变了过去以调节出口(进口)阀门开度方式来调节风压或风量的生产方式,劳动强度减轻,调节的及时性好,提高了产品的合格率,能耗明显下降｡

    离心式风机､泵类设备的流量与转速成正比：Q∝N

    压力与转速平方成正比：H∝N²

    功率与转速的立方成正比：P∝N³