钢铁冶金节能环节中的高压变频器应用

王振亚

（安阳钢铁集团有限责任公司，河南 安阳 455000）

1 钢铁冶金节能的主要技术

1.1 液力耦合器调速

液力耦合器是液力传动装置的一种，又叫液力联轴器。液力耦合器结构由壳体、涡轮、泵轮三个部分组成。

壳体中充入工作液体，当泵在原动机作用下转动时，壳体内的液体受叶轮推动而转动，在离心作用下沿着叶轮外环进入涡轮，在同一转向上给涡轮以推力，使其推动机械转动。液力耦合器属于低效的调速方式，调速的范围有限，高速时会丢转；低速时转差损耗大，最大可达到额定功率的l5%左右，低速时效率非常低；线性度差，精度低，响应慢。

1.2 串级调速

串级调速是把异步电机转子能量部分回馈到电网，改变转子滑差来实现调速，这种调速方式运用可控硅技术，必须使用绕线式异步电机。串级调速优点是转差功率可以回收，所以调速效率较高，但是存在问题也很多。它不适合鼠笼型异步电动机；软启动功能不能实现，启动过程复杂；启动电流较大；调速范围在50%～95%，调速范围较窄；响应较慢，闭环控制不易实现；效率和功率因数低，随转速的降低下降很快；同DCS 控制的配合难实现，对提高系统的整体自动化程度非常不利。

1.3 高压变频器调速

高压变频器在近十多年的发展中非常迅速，技术上已经非常成熟，电力电子技术，计算机控制技术，现代通信技术和高压电气、电机拖动等综合性领域的学科技术在高压变频器上达到高度的运用，可与大、中功率电动机配套［1］。和其他调速产品比较，变频器具有很多优点：

①变频器采用触摸式面板，液晶显示界面，可随时显示频率、电流、电压及转速等，可直观地显示电动机的实时状态。②高的调速精度和精确的频率分辨率可以完全满足所有生产工艺的要求。③高压变频器有国际通用外部接口，保证了DCS实现通讯，构成闭环控制系统。④具有远程和就地操作功能，还可通过联网实现远程控制功能。⑤具有电子保护和电气保护功能，使电机和变频器在故障和正常运行时均可得到安全保证。⑥电机可实现软制动、软启动；启动电流小于电机额定电流；电机的启动时间可调，使电网的影响减小。⑦提高了劳动生产效率，延长了设备使用寿命，减少了配件的损耗。

2 高压变频器应用案例

2.1 方案描述

河南某钢铁公司炼钢厂除尘风机电机功率为1 250kW，为了提高风机电机的效率，该公司在2010年采用高压变频器进行变频升级改造，改造后启动过程中的冲击电流消失，运行电流降幅很大，节能效果非常显著。

2.2 现场方案

除尘电机是除尘净化系统的动力中心，一旦除尘电机不能正常工作，不但生产受到影响，造成巨大的经济环境损失，还有可能危及到现场工作人员的人身安全。另外，除尘系统生产环境较恶劣。所以除尘电机配套的高压变频调速系统，要求具有极高的稳定性和可靠性。鉴于以上工作环境特点，对变频系统的主要要求有：①效率要高，调速范围要大。②要求变频器带有旁路功能，变频器一旦出现了故障，可使风机电机切换到正常工频运行。③有共振点跳转功能设置，能使风机电机避开系统共振点运行，避免风机喘震。④要求变频器有高可靠性及稳定性，应具有长期运行条件［2-3］。经过多方比较调研，最后该钢铁公司同某高压变频器公司合作，共同制定了除尘电机的变频调速改造方案，方案如下：

该钢铁公司除尘风机电机采用高压变频器进行调速控制，该变频器为高-高、电压源型，加设工频旁路切换开关。

旁路切换系统采用一拖一旁路柜，由一个单刀双投和一个单刀单投组成，分别是变频器QS1 进线刀闸、变频器QS2 出线刀闸、QS3 工频刀闸。电源经QF1 原断路器至一拖一旁路柜的变频器QS1 进线刀闸，经过变频器后，再经过一拖一旁路柜的变频器QS2 出线刀闸到二次风机电机。QS3 工频刀闸并接在变频器QS1 进线刀闸、变频器、变频器QS2 出线刀闸两端。当变频器在“保护”状态时，断开变频器QS1 进线刀闸、变频器QS2 出线刀闸，合上QS3 工频刀闸，即可实现旁路功能。如图1 所示：

2.3 使用高压变频器后的节能效果

从表1 中可以看出，当除尘风机电机变频工作在45HZ、46HZ、47HZ 时电机消耗的功率分别为713.6kW、791.3kW、886.7kW，在满足负载要求的前提下，相比工频工作状态下的功耗下降了20%以上。

图1

表1 现场参数

3 结论

通过以上实例，我们可以看出，在钢铁行业经过高压变频器节能改造，可以收到以下效果：

①效益得到增加。高压变频器的节能效果显著，企业负担有效减轻。

②工艺得到改善。投入高压变频器后水泵、风机可以非常稳定平滑地调整压力、流量，运行人员可以方便地调控，改善了工艺运行参数，效率得到了提高。

③减小了维护量。使许多零部件的寿命得到延长。

④降低了工作强度。高压变频器可以实现远程控制。可实现自动化运行，劳动强度大大降低，生产效率得到提高，为优化运营提供了前提。

⑤减少了对电网的冲击。使用高压变频器后，系统可以实现软启动，电机的启动电流和额定电流相差不多。对电网几乎没有冲击，既减轻了起动转矩对电机的损伤，又可有效延长电机使用寿命。

高压变频器作为一种新型的节能技术和调速技术，其性能和技术胜过以前任何一种调速方式。通过这么多年的实践运行经验，高压变频器的可靠性、性能已经得到了很好的验证，今后必将有更宽广的舞台。

［1］吴忠志，吴加林.中（高）压大功率变频器应用手册［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［2］陈伯时，陈敏逊.交流调速系统:电气自动化新技术丛书［M］，北京:机械工业出版，2005.

［3］陈伯时.电力拖动自动控制系统［M］，北京:机械工业出版社，2003.