高壓變頻器（高壓工頻耐壓測(cè)試儀）在高爐除塵的應(yīng)用及節(jié)電效果

小型高爐一般有一個(gè)出鐵場(chǎng)，該出鐵場(chǎng)設(shè)有一個(gè)出鐵場(chǎng)除塵系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)主要用于當(dāng)高爐出鐵時(shí)，由于高爐炮泥潮濕或高溫的鐵水會(huì)同空氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣，這些煙氣一方面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的工人的健康很不利，另一方面也對(duì)環(huán)境造成了巨大的污染，這些煙氣主要產(chǎn)生在高爐的出鐵口和出鐵包位上方。高爐出鐵口的煙氣由于高爐爐內(nèi)壓力大，正常生產(chǎn)時(shí)的熱風(fēng)壓力一般在260KPa，因此當(dāng)出鐵時(shí)煙氣往外噴的較遠(yuǎn)，原先設(shè)計(jì)在高爐出鐵口兩側(cè)的吸風(fēng)罩吸收的煙氣量非常有限，且效果不明顯，造成大量的煙氣直接上升到了出鐵場(chǎng)的屋頂，并從屋頂往外蔓延，嚴(yán)重影響環(huán)境。由于我公司原先設(shè)計(jì)的出鐵場(chǎng)除塵器的風(fēng)量偏小，因此整個(gè)出鐵場(chǎng)的除塵效果不是很明顯，且原先的除塵器是通過(guò)液力耦合器來(lái)調(diào)節(jié)速度的，節(jié)能效果不是很明顯。所以需對(duì)出鐵場(chǎng)系統(tǒng)的除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加對(duì)出鐵場(chǎng)屋頂?shù)臒煔獾氖占?，防止煙氣向外漫延，同時(shí)提高出鐵場(chǎng)內(nèi)部的工作環(huán)境，并達(dá)到節(jié)能的效果。

　　近幾年隨著國(guó)內(nèi)高壓變頻器技術(shù)的進(jìn)步，變頻器的性價(jià)比和穩(wěn)定性有很大幅度的提升，因此對(duì)新增加的除塵系統(tǒng)采用變頻器控制，從而達(dá)到有效的節(jié)能的目的。

　　由于我公司有3座高爐，改造方案中這3座高爐共用一套出鐵場(chǎng)除塵系統(tǒng)，因此對(duì)變頻器要求能夠在多個(gè)頻率范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)速，從而滿足生產(chǎn)的要求。

　　二、高爐除塵風(fēng)機(jī)及主電機(jī)參數(shù)介紹

　　1.出鐵場(chǎng)除塵風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)量：180萬(wàn)m3/h；

　　2.除塵風(fēng)機(jī)主電機(jī)的技術(shù)參數(shù)如下：

　　電機(jī)型號(hào)： YPTKK800-6

　　額定功率：2400kW

　　額定電壓：10000V

　　額定電流：169A

　　功率因數(shù)：0.84

　　三、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)改造方案：

　　（1）變頻器采用SH-HVF系列高壓變頻器，該變頻器具有下述特點(diǎn)：

　　1、 采用高-高方式：輸入采用移相變壓器，單元串聯(lián)方式直接高壓輸出；

　　2、 風(fēng)冷設(shè)計(jì)：*的風(fēng)道設(shè)計(jì)，在室溫時(shí)，設(shè)備能可靠運(yùn)行。采用頂部散熱方式，維護(hù)方便。

　　3、 模塊化設(shè)計(jì)：?jiǎn)卧捎媚K化設(shè)計(jì)，單元可任意互換，單元拆裝方便，只需裝卸5個(gè)螺絲。

　　4、 友好的人機(jī)界面：人機(jī)接口采用觸摸屏，全中文界面。所有的操作均通過(guò)按鈕或DCS接口輸入，zui大限度避免觸摸屏的誤操作，報(bào)警實(shí)時(shí)記錄，并能對(duì)報(bào)警準(zhǔn)確定位和歷史記錄存儲(chǔ)。

　　5、 可靠的設(shè)計(jì)：?jiǎn)卧c控制部分的通訊采用光纖；單元具有熱備設(shè)計(jì)；外圍的控制部件采用PLC；主回路采用全進(jìn)口部件，IGBT采用EUPEC產(chǎn)品，整流橋采用XYS產(chǎn)品，濾波電容采用CDE產(chǎn)品，所有主回路器件額定運(yùn)行參數(shù)>實(shí)際運(yùn)行的2倍選購(gòu)，變壓器按電機(jī)額定功率的1.2-1.5倍容量配置，配置底部散熱風(fēng)機(jī)和頂部散熱風(fēng)機(jī)；

　　6、 靈活的用戶接口：接口方式可采用硬接線方式也可采用通訊方式。接口狀態(tài)信息除系統(tǒng)設(shè)定外，提供由用戶定義的輸出接口（用戶只需在人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)定對(duì)應(yīng)的I/O輸出的內(nèi)容即可）；

　　7、 率，高功率因素：整機(jī)效率>=98%，功率因素>=95%；

　　8、 低濾波：輸出每相6單元串聯(lián)時(shí)，采用每相36脈沖整流，高頻載波比使得輸出諧波空載時(shí)<4%，負(fù)載時(shí)<2%；

　　9、 寬電壓輸入范圍：輸入電壓在85%-115%，頻率在45-55Hz波動(dòng)范圍內(nèi)設(shè)備均能正常工作；

　　10、 小的dv/dt:由于采用單元串聯(lián)輸出方式，dv/dt小，延長(zhǎng)了IGBT的壽命，降低了整個(gè)設(shè)備的絕緣要求；

　　11、 *的單元旁路技術(shù)：采用接觸器機(jī)械式旁路執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以獨(dú)立的旁路控制板控制和獨(dú)立的供電電源供電，確保單元故障時(shí)能夠可靠被旁路，避免了因功率單元失電后旁路不能正常工作的情形；

　　12、 線電壓的自動(dòng)均衡技術(shù)：當(dāng)某相的某個(gè)單元故障被旁路時(shí)，為確保變頻器輸出電壓等級(jí)及功率要求，并不遂意切除故障單元同一位置的單元，此情況下三相相電壓將不平衡，但對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只需要各線電壓平衡。為保證整個(gè)變頻器輸出線電壓平衡，SH-HVF高壓變頻器采用*的線電壓控制方式，zui大 限度地滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況；

　　13、 控制回路雙電源切換：一路來(lái)自用戶供給控制電源，另一路來(lái)自高壓輸入隔離變壓器，雙回路自動(dòng)切換保證在控制電源掉電后，設(shè)備無(wú)影響；

　　14、 *的過(guò)電壓保護(hù)技術(shù)：設(shè)計(jì)中充分考慮操作過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的影響，在主回路和控制回路針對(duì)不同的過(guò)電壓采用不同的處理措施，提高設(shè)備的可靠性；

　?。?）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　該改造除塵系統(tǒng)采用高壓進(jìn)線柜+隔離柜（刀閘柜）+移相變壓器+變頻器+電機(jī)的組合方式，變頻器帶電機(jī)可在變頻器的操作屏及后臺(tái)計(jì)算機(jī)兩個(gè)地方控制，通過(guò)變頻器操作屏上的就地/遠(yuǎn)程開關(guān)來(lái)進(jìn)行切換，同時(shí)在兩個(gè)地方都能在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行急停操作，保護(hù)設(shè)備的安全。變頻器不同頻率范圍的調(diào)節(jié)通過(guò)三座高爐出鐵時(shí)在泥炮室給出的出鐵信號(hào)，通過(guò)后臺(tái)PLC 給變頻器的接收模板一個(gè)模擬量頻率設(shè)定信號(hào)，使變頻器自動(dòng)將變頻器調(diào)節(jié)到所需的頻率，從而實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)節(jié)能的目的。

　?。?）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的除塵效果，經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的跟蹤分析，當(dāng)一個(gè)高爐出鐵時(shí)，由于管路等原因，變頻器工作在30Hz時(shí)，效果較好，當(dāng)有兩個(gè)高爐出鐵時(shí)，變頻器工作在40Hz 時(shí)效果較好，當(dāng)有三個(gè)高爐出鐵時(shí)，變頻器工作在47Hz時(shí)效果較好，當(dāng)三個(gè)高爐都不出鐵時(shí)，將變頻器的頻率設(shè)定在10Hz運(yùn)行。

　?。?）節(jié)能效果分析

　　不使用變頻器時(shí)電機(jī)電流為160A，功率因素為0.8，使用變頻器后，當(dāng)在47Hz運(yùn)行時(shí)電流為110A，功率因素為0.95，當(dāng)在40Hz 運(yùn)行時(shí)，電流為90A，功率因素為0.95，當(dāng)在30Hz 運(yùn)行時(shí)，電流為72A ，功率因素為0.95，當(dāng)在10Hz 運(yùn)行時(shí)，電流為30A，功率因素為0.95。一天中在10HZ的運(yùn)行時(shí)間約為2小時(shí)，在30Hz 運(yùn)行的時(shí)間約為5小時(shí)，在40Hz運(yùn)行的時(shí)間約為8小時(shí)，在47Hz運(yùn)行的時(shí)間約為9小時(shí)，在各種情況下的電耗計(jì)算：

　　24小時(shí)工頻時(shí)的電耗:q=1.732*10*160*0.8*24=53207KWh

　　24小時(shí)變頻的電耗：Q1=1.732*10*110*0.95*9=16289 KWh

　　Q2=1.732*10*90*0.95*8=11846 KWh

　　Q3=1.732*10*72*0.95*5=5882 KWh

　　Q4=1.732*10*30*0.95*2=987 KWh

　　Q5=Q1+Q2+Q3+Q4=16289+11846+5882+987=20404 KWh

　　工頻比變頻每天多耗電為q-Q5=53207-20404=32803 KWh

　　仍以年運(yùn)行時(shí)間7920小時(shí)（約330天）、電價(jià)0.5元/度計(jì)算，除塵風(fēng)機(jī)上高壓變頻器后較工頻運(yùn)行，每年可節(jié)約電量1082.499萬(wàn)度，每年節(jié)約電費(fèi)為541萬(wàn)元。

　　同時(shí)還產(chǎn)生了其他效果：

　　1）限制啟動(dòng)電流，減少啟動(dòng)的峰值功率損耗；

　　2）改善電網(wǎng)功率因數(shù)，變頻器可使系統(tǒng)的功率因數(shù)保持在0.95%以上；

　　3）消除了電機(jī)因啟動(dòng)、停止對(duì)機(jī)械的沖擊，延長(zhǎng)使用壽命，減少維修；

　　4）可使電動(dòng)機(jī)與風(fēng)機(jī)直接相連接，減少傳動(dòng)環(huán)節(jié)的費(fèi)用；

　　5）電機(jī)和風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度下降，潤(rùn)滑條件改善，傳動(dòng)裝置的故障下降；

　　四、結(jié)束語(yǔ)：

　　綜合看來(lái),高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的投入，對(duì)提高電能的使用效率，降低生產(chǎn)成本，保證除塵風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行以及生產(chǎn)工作自動(dòng)化程度的提高有著積極、重要的作用。