摘要：本文介紹了新風(fēng)光電子科技股份有限公司一臺(tái)高壓變頻器（型號(hào)為JD-BP38-4000F），在山東某鋼鐵廠循環(huán)風(fēng)機(jī)負(fù)載的應(yīng)用情況。高壓變頻器的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，高壓變頻器對(duì)于循環(huán)風(fēng)機(jī)具有很好的節(jié)能環(huán)保、穩(wěn)定系統(tǒng)效果。

1引言

隨著高壓變頻技術(shù)的不斷成熟，高壓變頻器在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。高壓變頻器的巨大節(jié)能潛力和優(yōu)良的調(diào)速性能，使得它具有強(qiáng)勁的發(fā)展動(dòng)力和廣闊的市場(chǎng)空間。

目前,高壓變頻技術(shù)已經(jīng)成為冶金領(lǐng)域的有效節(jié)能途徑，對(duì)于大容量電力傳動(dòng)系統(tǒng)，尤其是大容量風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行高壓變頻改造已成為必然趨勢(shì)，它為使用大功率傳動(dòng)裝備的企業(yè)和行業(yè)帶來(lái)了很大的節(jié)能效益。此外，對(duì)于變頻改造后的系統(tǒng)穩(wěn)定性也有更高的要求，是安全生產(chǎn)得到保障。

2冶金行業(yè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

目前我國(guó)冶金行業(yè)中除少量采用液力耦合器及雙速電機(jī)外，其它風(fēng)機(jī)基本上都采用定速驅(qū)動(dòng)。這種定速驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)采用入口風(fēng)門(mén)，都存在嚴(yán)重的節(jié)流損耗。尤其在機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率高，損耗大，使運(yùn)行效率降低。

風(fēng)機(jī)的流量與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。現(xiàn)有調(diào)節(jié)流量的方法不改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此電機(jī)消耗的功率不變，想要調(diào)整風(fēng)量，就必須調(diào)整風(fēng)門(mén)，這樣就會(huì)使一部分能量損耗在風(fēng)門(mén)上，導(dǎo)致能源浪費(fèi)。若使用高壓變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，達(dá)到用戶期望的流量，此時(shí)風(fēng)門(mén)全開(kāi)，則可以節(jié)約大量電能。

3現(xiàn)場(chǎng)分析及變頻器配置方案

山東某鋼鐵廠循環(huán)風(fēng)機(jī)應(yīng)用在鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)，鍋爐進(jìn)氣端為高溫氣體，出氣端為低溫氣體，低溫氣體又經(jīng)過(guò)加壓升溫，變?yōu)楦邷貧怏w進(jìn)入鍋爐，整個(gè)系統(tǒng)需要循環(huán)風(fēng)機(jī)的應(yīng)用。整個(gè)循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)圖

現(xiàn)場(chǎng)工頻運(yùn)行時(shí)，存在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中電流沖擊大，系統(tǒng)不穩(wěn)定，電能浪費(fèi)的問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題，進(jìn)行變頻改造，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行匹配變頻器。

山東某鋼鐵廠循環(huán)風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)參數(shù)如下表1所示。

表 1 某鋼鐵廠循環(huán)風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)參數(shù)表

山東某鋼鐵廠循環(huán)風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)系統(tǒng)

考慮到成本和現(xiàn)場(chǎng)工況，本項(xiàng)目變頻改造方案是選用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-4000F高壓變頻器(4000kW/10kV）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)除循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表 2 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)

4 新風(fēng)光高壓變頻器基本原理介紹

電網(wǎng)電壓輸入連接到高壓變頻器的移相變壓器上，移相變壓器將電壓轉(zhuǎn)換為獨(dú)立的三相690V電壓，給每個(gè)功率單元供電。移相變壓器的作用：第一是將高壓降低為低壓，給每個(gè)功率單元供電；第二是給每個(gè)功率單元提供獨(dú)立的電源，可以使單元進(jìn)行級(jí)聯(lián)，第三是移相變壓器采用延邊三角形結(jié)構(gòu)，使單元的輸入電壓進(jìn)行移相，減小了對(duì)電網(wǎng)的諧波無(wú)污染，為真正的完美無(wú)諧波。單元級(jí)聯(lián)通過(guò)載波移相技術(shù)可以使輸出電壓諧波變小。完善的控制系統(tǒng)，主控系統(tǒng)采用高速DSP為控制核心，控制算法完全數(shù)字化，主控箱與功率單元采用高速光纖通訊。整機(jī)原理如圖3所示。

圖3高壓變頻器系統(tǒng)原理圖

5新風(fēng)光高壓變頻器主要技術(shù)特點(diǎn)

5.1振蕩抑制技術(shù)

電機(jī)輕載或者空載的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)局部不穩(wěn)定現(xiàn)象，這時(shí)電流幅值波動(dòng)很大，電流的振蕩有可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)因?yàn)檫^(guò)流或過(guò)壓而觸發(fā)保護(hù)【1】。我公司采用優(yōu)越的電流振蕩抑制算法，有效地抑制電流的振蕩，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。下圖4為循環(huán)風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)振蕩抑制效果對(duì)比。

圖4（a）無(wú)振蕩抑制

圖4（b）加振蕩抑制

5.2單元級(jí)聯(lián)技術(shù)

單元級(jí)聯(lián)如圖5所示，由于每個(gè)單元的輸出電壓是相互獨(dú)立的，單元的輸出可以級(jí)聯(lián)在一起，單元的控制信號(hào)是通過(guò)光纖與主控系統(tǒng)通訊，主控將PWM波信號(hào)通過(guò)下行通訊光纖傳遞給每個(gè)功率單元，每個(gè)功率單元通過(guò)相應(yīng)的單元的保護(hù)動(dòng)作通過(guò)上行通訊光纖上傳給主控系統(tǒng)。主控產(chǎn)生的PWM信號(hào)為載波移相后的PWM信號(hào)，單元級(jí)聯(lián)后輸出的電壓諧波很小。

圖5單元級(jí)聯(lián)示意圖

5.3強(qiáng)大的電網(wǎng)適應(yīng)性

在用戶主電源瞬時(shí)停電、瞬時(shí)跌落、廠用電網(wǎng)切換時(shí)，變頻器應(yīng)能保證在限定時(shí)間內(nèi)電網(wǎng)恢復(fù)后能夠自動(dòng)正常運(yùn)行。此功能極大的提高了用戶的使用性，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，從而提高系統(tǒng)在運(yùn)行中的穩(wěn)定性。

圖6主電源瞬時(shí)跌落

6改造效果

根據(jù)變頻器的運(yùn)行記錄，統(tǒng)計(jì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，得到正常投產(chǎn)運(yùn)行時(shí)頻率多數(shù)為40Hz。

觀察變頻器輸入側(cè)運(yùn)行情況（電壓10.2kV，運(yùn)行電流120.7A,功率因數(shù)0.96）可知使用變頻器功率：P1=10.2×120.7×1.732×0.96＝2047kW

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況（電壓10.2kV，運(yùn)行電流222A,功率因數(shù)0.909）可知原來(lái)工頻消耗功率：

P3=10.2×222×1.732×0.9＝3529kW,

這樣節(jié)電功率為P4=P3-P1=3529-2047=1482kW,

但變頻器運(yùn)行,系統(tǒng)總損耗約為4%（含變壓器）,這樣損耗為:P5=2047×4％＝81.9kW,

這樣變頻器實(shí)際節(jié)能為:P6=1482-81.9=1400.1kW,

在這種工況下的節(jié)電率約為:1400.1/3529×100％=39.6%。

則使用高壓變頻器后，對(duì)于循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)一年所節(jié)約的電費(fèi)為（電價(jià)按0.45元計(jì)算，整個(gè)系統(tǒng)按照一年運(yùn)行300天計(jì)算）：

1400.1*24*300*0.45＝4536324元=453.6324萬(wàn)元。

7結(jié)束語(yǔ)

山東某鋼廠循環(huán)風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備改造達(dá)到了預(yù)期目的。循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的投入使用真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保,不僅為企業(yè)帶來(lái)利益，更是響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排及保護(hù)環(huán)境的號(hào)召。整個(gè)循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng),系統(tǒng)穩(wěn)定性，安全性得到提高。