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          動力源HINV高壓變頻器在鋼鐵廠爐前除塵風機的改造和應用

          發布時間:2011-07-15 09:33   類型:應用案例   人瀏覽

          摘要:本文介紹了鋼鐵廠爐前除塵風機高壓變頻的改造情況,詳細分析了高壓變頻器的技改方案和節能效果,為高壓變頻器在鋼鐵廠或其它行業類似的變頻改造項目提供了一定的理論和實踐經驗。
          1概述
            中國政府在第十到第十一個五年計劃的節能計劃中,把電機系統節能列為重中之重,發展電機調速節電和電力電子節電技術逐步實現電動機、風機、泵類等設備和系統的經濟運行。另一方面,國家計委在十五計劃綱要中明確提出了要改變工業增長方式鼓勵采用高新技術和先進適用技術改造傳統產業,指出一個國家綜合實力的重要基礎是國家的裝備制造業,提出大力振興裝備制造業的重要指導思想,大力推進機電一體化,形成新的經濟增長點。
            
          經多方調研考察,比較性價比,最終此鋼鐵廠決定選用北京動力源科技股份有限公司生產的HINV系列高壓變頻器對某鋼鐵煉鐵廠3#高爐1400kW爐前除塵風機進行變頻改造.
          2.實際運行參數
          設備參數
          運行參數
          額定功率
          1400kW
          高速運行電流
          125A
          額定電壓
          6000V
          低速運行電流
          55A
          額定電流
          166A
          運行電壓
          6300V
          額定轉速
          745rpm
          每天出鐵次數
          13
          運行時間
          330
          每次出鐵時間
          75分鐘
          單位電價
          0.427
           
           
           3.HINV系列高壓變頻器
          3.1 HINV設備參數
          變頻器型號
          HINV-06/2000B 
          變頻器額定容量
          2000 KVA
          額定輸入電流
          200
          額定輸出電流
          200
          額定輸入電壓
          6 KV
          輸出電壓范圍
          0~6 KV
          輸入頻率:
          45Hz~55Hz
          輸出頻率范圍
          0~50Hz
          變頻器效率
          ≥0.96%(額定負載時) 
           
           

          3.2 變頻器設計規范
          HINV系列高壓變頻器是北京動力源科技股份有限公司自主研發生產的電壓型高壓變頻器調速裝置,采用24脈沖輸入整流移相技術,正弦波PWM調制方法,全中文操作界面,具有可靠性高,高性能優越,操作簡便等特點,具體設計規范如下:
          1:變頻器是采用了最新設計制造技術的產品, 其內部元器件采用優質進口元器件, 使用壽命長,系統設計最簡化, 提高了設備運行的可靠性, 確保了整套變頻器質量;
          2:輸入功率因數高,無須配置功率因素補償器。變頻器的總諧波滿足IEEE-519標準和GB/T14549/93《電能質量、公用電網諧波》有的關規定;
          3:變頻器內部采用PLC,易于使用,便于控制功能擴展;
          4:變頻器在高壓主電源完全失電200毫秒內不停機;
          5:變頻器支持來電自啟動及飛車啟動功能;
          6:高壓主電源欠壓達到65%時不停機,變頻器自動降額運行,待電壓恢復正常后再自動回到原來設定的速度;
          7:變頻器可以承受+10%~ -10%的電源波動,繼續正常運行;
          8:變頻器控制電源使用交流380V和直流220V均可,并且變頻器由自身的變壓器二次側提供備份控制電源,另外還配備有UPS電源,充分保證了在控制電源發生故障時變頻器仍可以繼續運行,同時提供報警信號;
          9:變頻器的電流過載是按反時限特性曲線控制;
          10:變頻器具有功率單元旁路技術。當某個功率單元發生故障時,變頻器自動旁路運行,同時提供報警信號;
          11:如果發生控制變頻器輸出頻率的模擬信號掉線或短路時,變頻器保持原有輸出頻率不變(保位運行),同時提供報警信號;
          12:當變頻器發生故障或需要檢修時,采用旁通設計能以手動方式(用戶選購件)使電機轉為工頻運行,保證生產進行;
          13:變頻器有過電壓, 過電流, 欠電壓, 缺相, 變頻器過載, 變頻器過熱, 電機過載, 輸出接地, 輸出短路等保護功能。并提供聯跳現場輸入側高壓開關的接點;
          14:變頻器對故障按輕重緩急分級處理,智能選擇報警、降額運行、緊急停機,變頻器過載150%時立即保護停機;
          15:變頻器對輸出電纜的長度沒有限制,電機不受變頻器共模電壓及 dv/dt 應力的影響;
          16:變頻器具有各種防止誤操作的措施,如:柜門具有保護連鎖,變頻/工頻旁通開關組保護連鎖,在變頻器故障時提供跳掉高壓電源的信號,緊急停車按鈕等;
          17:變頻器配備漢字顯示的液晶顯示屏,可實現變頻器參數設定和顯示電機電壓、電流、頻率等狀態參數;變頻器具有很強的故障診斷能力和精確的故障定位能力,當有故障發生時,在液晶顯示屏上顯示故障位置、類別,使故障點一目了然。
          18:根據現場實際和用戶要求,可就地控制也可遠程DCS控制.
           
          3.3.變頻器系統結構如下所示:
              HINV系列高壓變頻器6KV產品內部是由15個功率單元組成,每5個單元為一組,分別對應高壓回路的三相,單元供電由移相隔離變壓器進行供電,原理圖如圖所示:
           
          3.4.功率單元結構圖
          功率單元內裝三相整流橋,濾波電容和用于逆變的功率器件IGBT以及控制板件。單元控制板由驅動電路,檢測保護電路和光纖通訊等電路組成。單元控制電源為單元控制板提供工作電源。
           
          3.5.多電平疊加SPWM電壓輸出
           HINV系列高壓變頻器輸出為多電平疊加的SPWM電壓,dv/dt低,電動機正弦性好,不需要增加外部輸入輸出濾波器,不增加電動機的轉矩脈動,不損壞電動機。
          3.6.主回路簡圖如下:
          說明:6kV電源從高壓柜經變頻裝置輸入刀閘QS1到高壓變頻調速裝置,變頻裝置輸出經出線刀閘QS2送至電動機;6kV電源還可以經旁路刀閘QS3直接起動電動機。變頻裝置的輸出刀閘QS2和旁路刀閘QS3互相閉鎖,即QS2和QS3不能同時閉合。變頻運行時,斷開QS3,閉合QS2和QS1;工頻運行時,斷開QS2和QS1,閉合QS3。當變頻裝置出現故障時,立即斷開出線刀閘QS2和進線刀閘QS1,將變頻裝置隔離,閉合旁路刀閘QS3,在工頻電源下起動電動機。
          3.7.二次回路及控制
          控制系統由光纖板,信號板,主控板,PLC和人機界面組成,用戶提供220V或380VAC電源。控制系統與功率單元之間采用光纖通訊,實現了強弱電之間的光電隔離。PLC用于變頻器內部開關信號以及現場操作信號和模擬信號的邏輯處理。內置PLC控制器配置有可編程的32個開關量輸入端子和24個開關量輸出端子。可以通過外接的計算機,使用PLC軟件編程器進行梯級命令編程、設置和調試。還配有6個模擬輸入端子和5個模擬輸出端子,實現4-20MA電流信號和0-10V的電壓信號的輸入/輸出。
          4.除塵風機變頻改造的節能原理分析
          某鋼鐵廠的3#高爐出鐵廠除塵風機一臺(配套電機功率1400kw),出鐵除塵風機用兩種風量來適應煉鐵工藝要求,為了提高風機的運行效率,采用北京動力源科技股份有限公司生產的HINV系列的高壓變頻器,來代替原先的液力耦合器進行變頻調節。
          4
          .1 除塵風機工藝要求
            某鋼鐵廠的3#高爐,高爐在正常的冶煉過程中,一個冶煉周期分為如下時間段:低速過程約為25分鐘為煉鐵過程,高速為出鐵過程約為75分鐘,其中煉鐵時煙塵較少,除塵風機可以低速運行,低速運行時間占總冶煉周期的30%
          工頻運行時的示意圖:
          A1-A2為煉鐵時間(低速)   A2-A3為出鐵時間(高速)
          在變頻改造后低速運行的時候耗電量,考慮到實際運行轉速可以在80轉下,這樣電機在低頻運行時絕緣損傷和發熱問題,所以在低速時把電機停止,將變頻器進行熱備份,隨時可以對風機進行啟動。這樣近整個變頻系統沒有運行電流,沒有能量損失。
            某鋼鐵廠的3#高爐出鐵除塵風機采用HINV-06/2000B變頻器進行調速控制,變頻器為直接高-高方式的電壓源型,變頻器的主要性能指標如下:變頻器容量2000KVA,額定輸出電流167A,額定輸入電壓6000V,允許電壓波動±10%,輸入功率因數≥0.96(大于20%負載時),輸出頻率范圍0Hz50Hz范圍內調整(即:調速范圍0100%),變頻器效率≥98%(不含輸入變壓器),輸出頻率分辨率0.01Hz,無級調速,過載能力125%一分鐘,150%立即保護。加速時間可按工藝要求設定,減速時問可按工藝要求設定。
          4.2 3#高爐出鐵除塵變頻改造過程
          變頻器與3#高爐出鐵除塵值班室的現場接口:變頻器與3#高爐出鐵廠的電動機遠程操作箱以硬線連接方式實現,值班室遠程操作箱上包括:按鈕類:啟動按鈕、停止按鈕;指示燈類:運行/停止指示、電源指示、頻率到達指示、及變頻器故障和報警指示;以上指示信號均為開關量采用無源接點輸出,定義為接點閉合時有效,接點容量均為AC220V/3A
            變頻器遠程/近程控制選擇,當把控制柜內的遠程/就地控制選擇開關打到遠程位置時,既可以通過遠程控制箱來控制電機的轉速和啟/停,當變頻器遠程/就地控制選擇開關打到就地位置時,可以在變頻器的控制面板來控制。
          4.3 變頻改造效果分析
               理論上,風機的風量 Q 與轉速成正比,風壓 H 與轉速的平方成正比,軸功率 P 與轉速的立方成正比。隨著轉速的降低,風機在維持效率不變(風阻不變為前提)的狀態下,軸功率以轉速的立方關系下降,電機消耗的電能急劇減小。因此,風量雖然下降了,風機軸功率及電機消耗的電能變化并不大,這就是風機變頻調速的節能依據。
          該風機在變頻改造前,工頻運行電流高速和低速基本保持在 125A ,消耗功率約為 17552kW ,變頻改造后,實測運行參數見表 :
          日期
          頻率(HZ)
          輸入電流(A)
          輸出電流(A)
          輸出電壓(V)
          電度表讀數
          7月19日
          40.89
          72.8
          92
          4910
          1020.9
          7月22日
          40.89
          78.5
          93
          4920
          1034.3
          7月26日
          40.89
          86.6
          92
          4915
          1057.0
          7月30日
          40.89
          101.3
          91
          4900
          1075.5
          變頻運行時,平均運行功率為 11913kWh/天,與工頻運行相比,平均節約功率 17552 kWh/天 ,節電率:
          (17552-11913)/17552×100%≈32.1%
          按電價 0.427 元 / 度計算,一天節約電費:
          (17552-11913)×0.427 ≈ 2408元 / 天
          除上述實實在在的電費節省外,變頻運行還帶來下列軟性效益:
          •   實現電機軟啟動,延長電機使用壽命,減小啟動電流對電網的沖擊;
          •   調節簡便,快捷;                              
          •   降低風機噪音,改善環境;
          •   降低風壓,延長風道及風機使用壽命等。
          5.結束語
          通過對某鋼鐵廠3#高爐1400kW爐前除塵風機變頻改造,在調試及運行中變頻器經歷了多種方式的考驗,突破了變頻器與相關設備相匹配的各種難點,實踐證明高壓變頻裝置節能效果明顯,實現了電機的軟啟動,也減少了風道的振動。在改進生產工藝的同時,使得日常維護大大減少,取得了良好的經濟效益,改造的結果與前期方案設計以及預算吻合,改造成功,在目前能源短缺的情況下,鋼鐵廠大量的風機節能改造存在著很大的潛力。  
          高壓變頻是目前領先的高壓風機節能技術,EMC是國際先進的合作方式,我們將兩者有機結合,是我們動力源公司和鋼鐵廠形成了共盈的局面,我們將這項綠色工程繼續下去,讓每個企業都能享受到高科技產品帶來的效益。

           
















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