高壓變頻器在攀鋼提釩煉鋼廠中的應用

分類：解決方案日期：2007-03-14 00:00:00

摘要：本文綜述了高壓變頻器的性能特點及系統原理，從節能、高效、環保等方面分析了高壓變頻器在攀鋼提釩煉鋼廠中大慣量高壓除塵風機的應用，取得了良好的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：高壓變頻器提釩煉鋼低損耗絕緣柵雙極型晶閘管（IGBT）脈沖寬度調制（PWM）

一、前言

　　時光荏苒，斗轉星移。彈指間，攀鋼提釩煉鋼廠的大方坯連鑄、兩座新轉爐以及除塵系統拔地而起，無不成為每個煉鋼廠人的驕傲，尤其是除塵系統的新建與改造，對大慣量高壓除塵風機的運行要求很高。因此，我廠采用了國內外五大公司的高壓變頻技術，包括北京利德華福電氣技術有限公司、東方日立（成都）電控設備有限公司、美國羅克韋爾公司、美國羅賓康公司、法國阿爾斯通公司，分別使用的高壓變頻器有：HARSVERT-A（4臺）、DHVECTOL-DI03000/06B（1臺）、Power Flex7000(3臺)、NBH（1臺）、ALSPA MD2000（2臺），這五種高壓變頻器已成為攀鋼提釩煉鋼廠除塵系統中的一道風景線，許多企業都來此參觀。其中，北京利德華福高壓變頻器（HARSVERT-A）的應用最為廣泛，主要用于攀鋼提釩煉鋼廠的6^#、7^#轉爐的二次高壓除塵風機（功率1600kW）；4^#、5^#轉爐一次高壓除塵風機（功率1400kW）的變頻調速。

二、HARSVERT-A高壓變頻器的系統原理及特點

1、高壓變頻器功率單元結構原理

　　功率單元結構原理（圖1），是由二極管整流的三相全控橋、低壓絕緣柵雙極型晶閘管（IGBT）逆變橋、電容器組等元件組成的控制回路，為基本的交-直-交單相逆變電路，通過對IGBT逆變橋進行正弦脈沖寬度調制（PWM）控制，可得到功率單元輸出的PWM波形（圖2）。每個功率單元結構一致，可以互換，而且當某個功率單元出現故障時，封鎖該功率單元IGBT的觸發信號，然后讓旁路SCR導通，將這個功率單元隔離出去，而不影響其他功率單元的運行，減少除塵風機停機造成的經濟損失，正好適應了攀鋼提釩煉鋼廠的生產節奏。

圖1 功率單元結構原理

圖2 功率單元輸出的PWM波形

2、高壓變頻器的系統結構
　　HARSVERT-A高壓變頻器屬于“高-高”電壓源型變頻器，由移相變壓器、功率單元、控制器、工控機、內置PLC（S7-200）、液晶觸摸屏、外部接口、溫控器、檢測裝置、報警裝置等設備組成（圖3）。輸入側由移相變壓器給每個功率單元供電，移相變壓器的閥側繞組分為三相（A、B、C三相），構成30脈沖整流方式，采用多級移相疊加的整流方式使負載下的網側功率因數為0.96（﹥20％負載）接近1，可大幅度改善網側的電流波形。輸出側由每個功率單元的U、V相輸出端子相互串聯而成星型接法給電機供電，通過對每個功率單元的PWM波形進行重組，可得到階梯PWM波形（圖4），這種波形接近于標準正弦波，無須輸出電抗器濾波，可減少對電機和電纜的絕緣的損壞，對輸出電纜的長度無特殊的要求。

　　　　　　　　圖3 高壓變頻器系統結構圖

　　　　　　　　　　　　圖4 階梯PWM波形

3、高壓變頻器的電壓疊加原理
　　移相變壓器的閥側繞組分為A、B、C三相，每相上有5個功率單元串聯，共15個功率單元，每個功率單元的相電壓為690VAC，每相的相電壓為：V_相=690×5=3450VAC，那么其線電壓為：V_線=V_相=×3450≈6000VAC（圖5）。

圖5 高壓變頻器的電壓疊加原理

4、高壓變頻器工頻旁路結構

　　工頻旁路是在高壓變頻器出現故障時為保證生產繼續進行，所采用直接工頻啟動電機的一種啟動方式。攀鋼提釩煉鋼廠采用了一帶一手動旁路（圖6）和自動旁路（圖7）兩種形式。工頻旁路系統的使用，避免了因變頻器故障而造成高壓除塵風機停機所帶來的影響，確保了攀鋼提釩煉鋼廠生產順利進行，使攀鋼提釩煉鋼廠的安全環保事業持續穩定發展。

圖6 一帶一手動旁路圖7 自動旁路

三、HARSVERT-A高壓變頻器與電流源高壓變頻器的比較

　　攀鋼提釩煉鋼廠現使用的高壓變頻器有HARSVERT-A高壓變頻器（電壓源型）和其他電流源型高壓變頻器，他們之間的比較見（表1）。根據現場情況和維護人員的反映，認為HARSVERT-A高壓變頻器操作簡單，維護方便。從（表1）中亦可看出。

HARSVERT-A高壓變頻器	電流源型高壓變頻器
輸入功率因數高	輸入功率因數低，需功率因數補償
對電網無諧波污染	對電網有諧波污染，需諧波抑制器
適用普通電機	不適用普通電機
控制電源掉電不停機	控制電源掉電立即停機
可一帶多運行	不能一帶多運行
不能四象限運行	可四象限運行，適用于制動場合
模塊串聯，可靠性高	存在器件串聯均壓問題，可靠性低
中文界面操作簡單、穩定	中文界面操作簡單、不穩定
系統軟件有時出現故障，易處理	系統硬件有時出現故障，不易處理
維護人員易掌握處理故障的方法	維護人員不易掌握處理故障的方法

表1 HARSVERT-A高壓變頻器與電流源型高壓變頻器的比較

四、使用HARSVERT-A高壓變頻器后的優越性

1、節能方面

　　以4^#、5^#轉爐為例，每座轉爐公稱容積為120T，平均鐵水裝入量為120T，最大鐵水裝入量為140T，最大爐氣量為60000Nm³/h，吹煉時間為10min，冶煉周期為20min，爐氣含塵量為80g/Nm³--120g/Nm³，風機升壓為19000Pa，風機額定轉速為1480rpm,電機電壓為6kV，電機功率為1400kW。轉爐的冶煉工藝從圖8中可看出，A點到B點為兌鐵加廢鋼時間2分鐘，B點到C點為風機升速時間1分鐘，C點到D點為吹煉時間10分鐘，D點風機開始減速，D點到E點為測溫取樣時間1分鐘，E點到F點為倒渣出鋼時間5分鐘，F點到G點為倒殘渣時間1分鐘。整個轉爐的冶煉周期為20分鐘，在C點到D點吹煉時變頻器以高速35Hz運行，其它階段變頻器以低速18Hz運行。以前沒有采用高壓變頻器時，在整個轉爐的冶煉階段都是工頻50Hz運行，4^#、5^#轉爐一次除塵風機月耗電量約為1680000kW·h，而使用了高壓變頻器后，4^#、5^#轉爐一次除塵風機月耗電量約為1050000 kW·h，根據電費0.55元/度計算，每月可節約電費約34.6萬元。