摘要：本文着重介绍国产多电平高压变频器在邯郸钢铁团体一炼钢厂的应用情况，对其节电情况进行对比。结果表明，冶金行业采用国产高压变频器对除尘风机进行调速节能，具有投资省,水帘风机，见效快等特点。
　　关键词：多电平 高压变频器
　　Appilcation of High Voltage Large Power Inverters on
　　Remove-Dust Fans of Mix-Iron Boilers
　　Abstract: The application of multi-level high voltage inverter in Handan Steel Factory is showed in this paper, and the electricity power saving is presented too. The great Progress proved that the adoption of high voltage inverters to Remove-Dust Fans is effective and economical.
　　Key words: Multi-level High voltage inverters
　　邯郸钢铁团体一炼钢厂设置1#和2#两个混铁炉，每个混铁炉设有一个兑铁口和一个出铁口，混铁炉兑铁或出铁时，高温的铁水会同空气发生剧烈的化学反应，产生大量的烟气。一方面对现场操纵的工人不利，另一方面也对环境造成了巨大的污染。为改善现场环境，降低污染，需要对混铁炉的兑铁、出铁进行除尘改造。该除尘设施配置Y4-73№29.5F除尘风机一台（配套电机功率800kw），混铁炉除尘风机需要五种风量来适应混铁炉兑出铁工艺要求，为了进步风机的运行效率，节能降耗，必须对风机进行调速控制。东方产业环保有限公司负责该混铁炉项目总承包，在以前的类似除尘项目中，多采用液力耦合器进行调速。近几年随着高压变频技术的进步，高压变频器的性价比有很大幅度的提升，液力耦合器逐渐失往上风，终极无锡东方选购了北京利德华福电气技术有限公司生产的Harsvert-A系列高压变频器对风机进行调速控制。混铁炉除尘风机高压变频器于2003年4月份调试完毕投进运行，至今已稳定运行一年多。
一.除尘风机工艺要求
　　邯郸钢铁团体一炼钢1#和2#两个混铁炉，当混铁炉既不兑铁也不出铁时不需要风量；当混铁炉工作时，一个兑铁口兑铁需要风量35万m3/h；一个出铁口出铁需要风量15万m3/h；两台炉出铁口同时出铁需要风量30万m3/h；当一台混铁炉的兑铁口和出铁口同时兑铁出铁时需要风量50万m3/h。两个混铁炉兑铁口不能同时打开，只能有一个兑铁口打开，两个混铁炉出铁口可以同时打开。
　　兑铁：由一台125t天车完成，铁水罐分为70t和100t两种规格，每罐兑铁时间为4-6min；
　　出铁：按三台炼钢转炉同时生产20炉/班计算，单台混铁炉出铁30罐/班，天天三班，每班八小时，单罐出铁时间1-2min，两次出铁周期最短为8min，每班出铁累计时间30-60min。


A到B为既不兑铁也不出铁时间；
B到D为一个出铁口出铁时间，其中B到C为风机升速时间；
D到F为两个出铁口出铁时间，其中D到E为风机升速时间；
F到H为一个兑铁口兑铁时间，其中F到G为风机升速时间；
H到J为一个兑铁口兑铁、一个出铁口出铁时间，其中H到I为风机升速时间；风机升速时可以根据需要跨越任一升速点；
J点风机开始减速。
J到L为一个兑铁口兑铁、一个出铁口出铁转换为一个兑铁口兑铁时间，其中J到K为风机减速时间；
L到N为一个兑铁口兑铁转换为两个出铁口出铁时间，其中L到M为风机减速时间,降温水帘；
N到P为两个出铁口出铁转换为一个出铁口出铁时间，其中N到O为风机减速时间；
P到R为一个出铁口出铁转换为既不出铁也不兑铁时间，其中P到Q为风机减速时间；
Q到R为既不兑铁也不出铁时间。

二.调速要求
　　为简化控制逻辑，现场直接根据出铁口、兑铁口的开关状态来控制变频器的转速，变频器预设5个速度点，根据现场所需风量不同自动调节电机转速。


　　变频器内置PLC和中文的人机界面给现场调试工作带来很大便利，调试周期大大缩短。各种参数设置十分方便，根据现场烟气的多少，可以及时调整各速度段点的风量，除尘改造后，现场条件大为改善。
三.节能计算
　　根据变频器的运行记录，统计风机在一天中各速度段的运行时间，得到如下运行数据：
　　各速度段变频器的输进功率为：
　　P1＝1.732×6×5.8×0.8=48.2kW
　　P2＝1.732×6×25.1×0.8=208.7kW
　　P3＝1.732×6×37.9×0.8=315.1kW
　　P4＝1.732×6×23.89×0.8=198.6kW
　　P5＝1.732×6×62.50×0.8=519.6kW
　　则使用变频器后一天风机所消耗的电能为：
　　48.2×3+208.7×7+315.1×4+198.6×7+519.6×3＝4694.9 kW?h
　　电价按0.4元计算，整个系统按照一年运行300天计算，则一年的电费为：
　　4694.9×0.4×300＝56.3388万元
　　假如不使用变频器，电机始终工频运行，则一年的电费为：
　　P＝1.732×6×76×0.8=631.8kW
　　631.8×24×300×0.4=182万元
　　节约电费约为：125.7万元
　　说明：以上计算仅为初步的理论计算，变频器节能情况是根据试运行时的数据计算，与具体运行情况存在偏差。
四.应用高压变频调速系统产生的其他效果
　　改善了工艺。投进变频器后除尘风机可以非常平滑稳定的调整风量，运行职员可以自如的调控，除尘风机运行参数得到了改善，进步了效率。
　　延长电机和风机的使用寿命。一般除尘风机均为离心式风机，启动时间长，启动电流大（约6～8倍额定电流），对电机和风机的机械冲击力很大，严重影响其使用寿命。而采用变频调速后，可以实现软起动和软制动，对电机几乎不产生冲击，可大大延长机械的使用寿命。
　　减少阀门机械和风机叶轮的磨损。安装变频调速后，风机经常工作在比原来定速时低150转/分的转速下运行，因此，大大减少了风机叶轮的磨损，减少了风机振动。延长风机的大修周期，节省检验用度和时间。
　　便于实现除尘控制系统自动化。除尘系统的的风量经常需要根据工艺的要求变化，在过往用挡板调节时，存在执行机构的开度与流量的关系曲线的线形题目。往往由于执行机构的磨损量过大，阀门特性发生变化，出现非线形题目，致使调节过程失误，自动控制系统无法正常工作。而变频调速始终保持在线形高精度0.1～0.01HZ的范围内工作，为实现除尘系统的自动化创造优越条件。
五.调试经验总结：
　　1、 变频器同现场设备的接口要主要抗干扰题目。变频器受除尘系统的PLC控制，变频器提供的4路模拟输出2路进进控制柜上的仪表进行显示，2路进进PLC中参与各项保护。现场调试时发现，进进仪表的信号显示无误，而进进除尘系统PLC的信号却时有时无。现场丈量PLC的模拟输出信号，一切正常。后来将除尘系统PLC可靠接地后题目解决。
　　2、 主要干式变压器的合闸涌流。HARSVERT-A系列高压变频器采用单元串联多电平技术，前端设有一台干式变压器。在邯钢项目中使用的干式变压器为F级尽缘的环氧浇注变压器，按变压器的使用说明书，合闸涌流应在6倍以内。变频器上级的高压开关的速断保护按照7倍整定，但给变频器送电时有时正常，有时高压开关的速断保护动作造成无法正常送电。后来将速断保护的定值由7倍增加到11倍，题目才得到解决。
六、结束语：
　　利德华福从1999年开始进进高压变频器领域，至今已有5个年头了，目前近200台的应用业绩，也可算走出了国产高压变频器大规模应用的一小步。在冶金行业的应用达到30多台，为冶金行业的节能环保做出了自己的贡献。我们以为目前高压变频器正逐步取代液力耦合器的传统应用领域，随着高压变频器的大规模应用，性价比不断进步，终极变频器将会取代液力耦合器而成为电机调速的最佳选择。

参考文献：
　1、《高压变频调速系统 HARSVERT-A系列技术手册》
　2、《HARSVERT-A高压变频器现场调试大纲》
　3、《HARSVERT-A高压变频器邯钢调试报告》

        1 引风机试转时轴瓦出现的问题
 　　 徐塘发电有限公司2×300MW扩建工程6号机组引风机是成都电力机械厂制造的型号为AN28e6静叶可调式轴流风机，风量为268.74m3/s，风压为4711Pa；电机是沈阳电机股份有限公司提供的型号为YKK710-8电机，电机转速为744r/min，功率为1800kW，电压为6000V。电机两端为滑动轴承结构，瓦宽为220mm，甩油环外径为363mm，厚度为11.5mm，宽度为30mm，质量为3060g；轴颈外径为200mm，椭圆度偏差为0.2mm。油室两侧各有一个油位计，轴承座与下轴瓦之间有一个电加热器，下轴瓦下面有一个测温元件。电机轴承的冷却方式为自然冷却。
 　　 第一次试转时，甲侧引风机电机推力端轴瓦温度升高，定值保护停机；乙侧引风机电机膨胀端轴瓦温度升至报警值，为了防止设备严重损坏，手动停机。检查发现甲侧引风机电机推力端轴瓦有烧瓦现象，乙侧引风机电机膨胀端轴瓦局部有磨痕。现场消缺，重新安装后，电机试运转4h无异常现象。锅炉空气动力场试验时，2台引风机电机的轴瓦温度稳定在61.9℃（甲）、59.5℃（乙）后略微下降，转动正常。
      2005年4月1日，电除尘气流分布试验过程中除电机轴瓦温度稍高外，其他正常。但是在气流分布试验快结束后，16∶ 00，62号引风机电机侧轴瓦温 度快速攀升至62.4℃时；16∶ 30，61号引风机风机侧轴瓦温度快速攀升至61.2℃，都有进一步上升的趋势。为了保护设备，手动停机。2台电机气 流分布试验时引风机轴瓦温升值见表1。

表1　气流分布试验时引风机轴瓦温升值

      4月2日～4月5日对电机轴瓦解体检查，发现2台电机端外侧和风机端外侧轴瓦均有磨瓦现象，但内侧没有磨瓦现象。同时发现油挡 附近轴颈处油润滑明显不足。对瓦面作刮瓦处理试转，当温度达到56～60℃后，瓦温快速攀升。前后试运转达11次，每次情况都差不多。解瓦检查发现,瓦面 痕迹一致。加大冷却油量后，不再烧瓦，但温度仍然升至62℃，并且随着气温的波动而波动。整个过程中，2台风机轴系振动很好，最大振动均为1丝左右。
      2 原因分析
      打开轴瓦对轴承进行了仔细检查，如压力角、间隙、椭圆度等，甲、乙侧引风机电机轴承检查数据见表2。所有数据都符合规范和厂家技术要求，可以排除安装不当的原因。

表2　甲、乙侧引风机电机轴承检查数据

　　由于2台引风机轴系轴向、水平、垂直方向振动都很小，所以排除了轴系不对中、磁力线中心、电机基础等问题。瓦面没有被电击的痕迹，所以也排除了 轴承座绝缘不够和转子磁通量轴向分布不均等原因。2台风机为同一批产品，且烧瓦发生的过程和症状非常相似，所以初步认定故障原因是一致的。

　　由这2台引风机电机轴瓦温升高直至烧瓦整个过程，通过对原始记录的数据资料进行分析，初步判断故障是由于甩油环转动带上来的油量太少，在下瓦压力角内 无法形成和保持一定厚度的油膜，导致轴颈与轴瓦接触摩擦。瓦温、油温升高后，润滑油的黏度下降，加剧了油膜的破坏，直至轴瓦与轴颈摩擦,温度急剧升高。当 温度达到某一临界数值时，油膜承压能力低于轴颈压力，由此将引起恶性循环，导致轴瓦温度快速攀升。
      加大润滑冷却油量后,润滑油位高于轴瓦下瓦面，这虽然缓解了油膜的破坏,在一定程度上避免了轴与轴瓦的直接接触,但是此时的平衡温度达到62℃,是一种高位平衡,轴承运行风险太大。
      3 改进措施
      （1） 更换润滑油。用46号机械油代替46号透平油，目的是为了提高润滑油的黏度，使得在甩油环转动时可以带上更多的油。但高温时,机械油黏度的下降程度比透平油大。但是试验证明，效果并不明显。
      （2） 对轴瓦进口油囊作加深处理。在出油侧增加出油油囊，在瓦面开网状油槽，目的是为了加大轴润滑冷却油的循环速度。上述措施没有起到决定性作用。
      （3） 对甩油环进行改进。在粗糙甩油面内侧开浅斜槽，在甩油环侧面加开几条浅油槽。该措施同时带来了正、负两方面的效应。正面作用是有利于甩油环在转动过程中储油，使得带油量增加。负面作用是油槽加深，出油量相对于带油量的比重下降。
      （4） 加大润滑油量。将油位实际高度达到下瓦面以下（图纸要求下瓦的2/3高度），这样虽然缓解了油膜破坏，但油位太高，以致局部换热效果变差，平衡时温度太高，风险加大。
      （5） 在油室内加设盘管式水冷却装置。该方法相对比较简易方便。但是由于油室结构特殊，且增加冷却装置将相对减少油室中的油量，如果发生冷却水效率降低或者上层油温升高现象（冷却只能针对下层油），温度就不能很好控制。
      现场实施效果表明，实施上述多种措施后的效果并不明显，以上方法不能够从根本上解决轴瓦温度过高的问题。
      在这种情况下，只有改变润滑冷却方式，才能达到轴瓦降温的目的。在对问题进行分析的基础上，决定采用电机轴承外循环冷却装置。改进前、后轴瓦结构图，分 别见图1、图2。电机用外循环润滑系统见图3。尽管增加了投资，但有效地增加了散热量和润滑流量。在选择油循环的路径上，采用进油（冷油）喷淋，油室高位 油溢流回油的方案。在电机轴承外部加装一套循环润滑油系统，供2台电机4个轴瓦用。甩油环仍然保留，在每个轴承上瓦靠进油侧装1根Dg15的进油管，安装 1个Dg15的阀门，以便调节进油量的大小，0.2MPa压力对轴颈直接喷淋。每个轴瓦约有4L/min的润滑油流经瓦面，充足的油量形成一定的油膜，确 保摩擦面处于液体摩擦状态，并及时带走轴承产生的热量。用轴承座的预留接口做回油接口（管径为Dg50），使油室仍然保持原有的油位高度。当外循环装置发 生故障或断电，导致短时间意外事故发生时，甩油环仍然可以向轴瓦供油。值班人员发现瓦温上升快，温度高等异常情况后，可以及时处理，采取措施以避免烧瓦事 故的发生。

图2　改进后的轴瓦结构

  图3　电机用外循环润滑系统图

　　 为确认电机轴承外循环冷却装置的可靠性，装置装好后，将6号锅炉的一次风机、送风、密封风机和引风机全部启动，按照设备的额定工况进行满负荷运行，运行48h，整个过程中最高温度始终保持在37℃左右，说明上述方案起到了很好效果。
　　 4 结论
　　 引起轴瓦温度升高的原因很多。如果是由振动引起的，可以从转子动平衡、轴系找中心、基 础刚度、磁力线中心等方面处理。如果是由于传热等问题引起的温度升高而导致烧瓦时，仅从机械和结构上分析，往往不易寻找出根本原因，这时必须从润滑原理上 分析，寻找原因，从根本上解决轴承温度高的问题。
　　 我们通过加装一套强制外循环冷却装置，改进了轴瓦冷却和润滑方式，有效地解决了轴瓦温度高的缺陷。