國產高壓變頻器在煉鐵除塵系統中的應用

　　1.QS1、QS2為刀閘隔離開關,其中QS2單刀雙擲開關。
　　2.變頻切換工頻過程：先斷QF1，斷隔離刀閘QS1、QS2，再合QF1，電機工頻運行。
　　3.工頻切換變頻過程：先斷QF1，合隔離刀閘QS1、QS2，再合QF1，變頻器帶電機變頻運行。
　　
　　2．2 變頻器的工作原理
DFCVERT-MV系列變頻器是由多個功率單元串聯而成，以6kV每相八單元串聯為例,電壓疊加如圖2所示。每相由八個相同的功率單元串聯而成，相電壓為3464V；每個功率單元輸出有效值Ve＝433V，峰值輸出電壓Vp= Ve＝612V。
　　

　　
圖2 6kV變頻器電壓疊加示意圖

2．3 功率單元電氣原理
功率單元主要由三相橋式整流器、電容器組、IGBT逆變橋構成，同時還包括驅動、保護、監測、通訊等組件的控制電路。通過控制IGBT的工作狀態，輸出PWM電壓波形，原理圖如圖3。
　　

圖3 功率單元電氣原理圖

　　
　　2．4 變頻器系統配置原理
每個功率單元都是由低壓絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）構成的三相輸入，單相輸出的低壓PWM電壓型逆變器。功率單元電路見圖3。每個功率單元輸出電壓為1、0、－1三種狀態電平，每相8個單元疊加，就可產生17種不同的電平等級，分別為±8、±7、±6、±5、±4、±3、±2、±1和0。圖4為一相合成的正波輸出電壓波形。此種多級串聯電壓型變頻器，采用功率單元串聯，而不是用傳統的器件串聯來實現高壓輸出，所以不存在器件均壓的問題。每個功率單元承受全部的輸出電流，但僅承受1/8的輸出相電壓和1/24的輸出功率。8對依次相移7.5°的三角載波對基波電壓進行調制，如：對A相基波調制所得的8個信號，分別控制A1～A8八個功率單元，線電壓波型具有33階梯電平，它相當于48脈波變頻，理論上47次以下的諧波都可以抵消，總的電壓和電流失真率可分別低于1.2％和0.8％，堪稱無諧波污染變頻器。變頻器同一相的功率單元輸出相同的基波電壓，串聯各單元之間的載波錯開一定的相位，每個功率單元的IGBT開關頻率若為600Hz，則當8個功率單元串聯時，等效的輸出相電壓開關頻率為9.6kHz。功率單元采用低的開關頻率可以降低開關損耗，而高的等效輸出開關頻率和多電平可以大大改善輸出波形。波形的改善除減小輸出諧波外，還可以降低噪聲、dv/dt值和電機的轉矩脈動。所以這種變頻器對電機無特殊要求，可用于普遍籠型電機，且不必降額使用，對輸出電纜長度也無特殊限制。
　　

圖4 一相合成的正波輸出電壓波形　

　　
　　3、 系統的工藝分析和節能分析。
　　攀鋼煉鐵廠4號高爐的出鐵場除塵系統工藝流程圖如圖5。
　　

圖5 出鐵場除塵系統工藝流程圖
　

系統設計風量1450000 m3/h,依據＃4高爐煉鐵工藝的要求，約兩小時左右煉一爐鐵，除塵風機由于生產工藝的要求需要在煉鐵時停止除塵，在出鐵時開始除塵，也就是說變頻調速裝置要在煉鐵時低速（20Hz）運行（煉鐵時間大約70分鐘），出鐵時高速（50Hz）運行（出鐵時間大約50分鐘）。另外，4號高爐的除塵系統采用的時兩個除塵風機除塵，兩個除塵風機的電機的工況一樣，但只有一臺安裝有變頻調速裝置，可以進行節能比較。由于5、6、7月為4號高爐的調試時間，數據不準并對耗電量的計算有影響，但進入8月份后高爐運行正常，4號高爐的8月份出鐵量時98283噸，1號除塵風機電機（采用東方日立變頻調速）的耗電量是729029千瓦小時，2號除塵風機電機（不采用變頻調速）的耗電量是1066990千萬小時，依據以上數據電費在0.45元/度的情況下,那么每月估算節約的電費約為15萬元左右。
　　
　　4、 引用變頻器的優越性
改裝置于2004年5月底一次性投入了生產運行，運行至今，充分體現出該裝置的先進性，主要的特點如下：
該裝置性能穩定，工作可靠，操作簡便，大大減輕了運行人員的勞動強度；
變頻風機實現了軟啟動，風機在低頻下起動，電流很小，避免了原來在較大慣性負荷情況下，數倍于額定起動電流對電網和機械設備的沖擊；
提高了功率因數，功率因數在0.95以上；
風機轉速的降低，減緩了風機葉輪、軸承和密封件的磨損，變頻風機的轉動明顯好于其他的工頻風機，有利于延長電機和風機的使用壽命；
低輸入諧波。
大量節能,經濟效益顯著。
　　
5、 結論
通過這幾個月的運行，證明DFCVERT-MV2240/6B高壓變頻器性能好，可靠性比較高，節能非常明顯，短期內就能收回成本，而且大大改善了工藝條件，提高了生產效率，說明在煉鐵除塵系統改造是非常成功的，同時在煉鐵行業除塵系統有很好的推廣價值。