產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
唐山寶泰鋼鐵公司風機高壓變頻技改紀實
1前言
唐山新寶泰鋼鐵有限公司始建于2002年8月，2003年投入生產(chǎn)，是一家集燒結、煉鐵、煉鋼以及帶鋼生產(chǎn)、商貿于一體的民營股份制企業(yè)。公司現(xiàn)有員工3600人，公司主體設備有：92m2步進式燒結機三臺；10m3豎爐兩座；450m3高爐三座；50T氧氣頂吹轉爐兩座；石灰窯10座；四機四流連鑄機一臺；五機五流連鑄機一臺；180萬噸帶鋼生產(chǎn)線一條。2009年產(chǎn)鋼量200萬噸，主要產(chǎn)品為帶鋼，其余鋼坯外銷。
2需要改造的設備情況
利用高新技術來提高企業(yè)生產(chǎn)設備的管理水平和節(jié)能降耗已是各企業(yè)首選的手段之一。高壓變頻節(jié)能技術在我國的已接近世界同行的先進水平，并以產(chǎn)品性能穩(wěn)定、服務及時、價格適宜等優(yōu)勢深受國內企業(yè)接受和應用。
利用變頻器作為風量的調節(jié)最直接的效益就是節(jié)能降耗。采用變頻調速的主要特點是消除或減少擋板的節(jié)流損失，可自動調節(jié)轉速與負荷匹配，從而達到較佳的節(jié)能目的。一般情況下生產(chǎn)設備的節(jié)能可以通過兩種手段實現(xiàn)，一是減少運行時間；二是在滿足運行工況的前提下消減輸入功率，顯然第一種方法不適合連續(xù)運行的風機，那么利用變頻調速等節(jié)能技術可以消減輸入功率正合適不需要恒轉矩的風機、水泵類的設備。
唐山新寶泰鋼鐵有限公司2009年噸鋼煤消耗處于行業(yè)較高能耗水平。為了降低生產(chǎn)成本，廠領導決定對豎爐電除塵器風機、煉鐵廠出鐵場除塵風機、煉鐵廠礦槽除塵風機、3＃爐噴煤主排風機、煉鋼廠轉爐二次除塵風機加裝高壓變頻系統(tǒng)及輔助節(jié)能設備。需改造的設備參數(shù)如下：
燒結廠：1＃10m2豎爐HEP80-3電除塵器風機和2＃10m2豎爐HEP80-3電除塵器風機，額定功率：500kW/10kV，數(shù)量：2臺。
煉鋼廠：轉爐二次煙塵BLCM-24-14200布袋除塵器風機，額定功率：1600kW/10kV，數(shù)量：1臺。
煉鐵廠：1＃450m3高爐出鐵場BLCM-12-5500m2布袋除塵器風機和3＃450m3高爐出鐵場BLCM-12-5500m2布袋除塵器風機，額定功率：630kW/10kV，數(shù)量：2臺。
1＃450m3上料礦槽RMCM-3700布袋除塵器風機和3＃450m3上料礦槽RMCM-3700布袋除塵器風機，額定功率：500kW/10kV，數(shù)量：2臺。
3＃爐噴煤主排風機，額定功率：450kW/10kV，數(shù)量：1臺。
高壓變頻器性能的好壞，將直接影響著風機的安全穩(wěn)定運行，因此變頻器的選擇至關重要。新寶泰鋼鐵公司領導對除塵風機系統(tǒng)節(jié)能技改工程改造前，收集了解了國內外變頻器的一些資料，經(jīng)反復比較，經(jīng)招標方式，選定山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38系列8套高壓變頻調速系統(tǒng)，分別是JD-BP38-500F（4套）、JD-BP38-450F（1套）、JD-BP38-1600F（1套）、JD-BP38-630F（2套）對以上設備進行變頻改造。
3風光JD-BP38系列高壓變頻調速系統(tǒng)特點
山東新風光是國家高新技術企業(yè)，JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術、功率單元串聯(lián)多電平技術，其諧波指標小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。
風光牌高壓變頻器為高--高電壓源型模式，由移相變壓器，功率單元和控制器組成。前端由一個多繞組的隔離移相變壓器供電，采用30脈沖以上整流，功率單元每相采用低壓功率單元串接組成，風光高壓變頻器采用模塊化設計，互換性好、維修簡單。
風光JD-BP38系列高壓變頻器除具有一般普通變頻器的功能外，還具有以下性能特點：
（1）采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，讓控制更精準。
（2）飛車啟動功能：能夠識別電機的速度及轉向并在電機不停轉的情況下直接起動。為了適應國內電網(wǎng)波動大，系統(tǒng)提供旋轉中再啟動功能。從而在電網(wǎng)電壓波動超過＋15～－35％U0情況下，系統(tǒng)能夠提供有效過、欠壓保護；在電網(wǎng)恢復正常后，自動搜索跟蹤電動機轉速及轉向按照設定曲線恢復正常運行狀態(tài)，保證設備安全運行不跳閘。為了滿足不同現(xiàn)場對旋轉中再啟動功能的需求，系統(tǒng)提供完備的參數(shù)設定功能，真正適應現(xiàn)場運行工況要求。
（3）完整的工頻/變頻自動互切技術：現(xiàn)在的高壓變頻器一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時能使高壓電機轉至工頻運行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，時間較長，適應于無備用裝置或不需要自動切換的運行工況，自動旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動轉換至工頻運行。新風光公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉換至工頻運行狀態(tài)，還可實現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻的功能，整個轉換過程不會對用戶設備的運行造成任何影響。
（4）旋轉中再啟動功能：運行過程中高壓瞬時掉電三十秒鐘內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動運行到掉電前的頻率。
（5）掉電3秒不停機功能。在高壓變頻器高壓失電3秒內，高壓變頻器自動減速繼續(xù)運行，3秒內恢復高壓變頻器從最后運行頻率開始恢復運行，3秒內高壓未恢復變頻器停機，30秒（可設置）內高壓恢復變頻器自動執(zhí)行飛車啟動。
（6）線電壓自動均衡技術（星點漂移技術）：變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相同的電壓，而線電壓自動均衡技術通過調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。在運行中，如果有任意三個單元以內出現(xiàn)故障，變頻器本身會自動旁路該單元，同時變頻器主控系統(tǒng)具有星點漂移功能，使三相輸出線電壓保持平衡，不會對電動機造成不利影響。
（7）具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發(fā)生。
4設備改造情況
變頻器設備接入用戶側高壓開關和擬改造電機之間，變頻器控制接入原有的DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)來完成正常操作。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器加裝工頻旁路裝置，可在變頻回路故障時將電機切換至工頻狀態(tài)下運行，根據(jù)用戶要求切換方式為手動切換。
根據(jù)用戶現(xiàn)場要求，采用8臺高壓變頻器分別對風機一拖一控制，選用高壓變頻器型號如下表所示。
4.1風機設備改造變頻選型
此次唐山寶泰鋼鐵公司風機變頻技改項目選用高壓變頻器如下表1所示。
4.2一次回路及保護
風光高壓變頻調速系統(tǒng)由一次回路進線柜（旁路柜）、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護過程中或變頻器出現(xiàn)故障時，將電機投入到工頻電網(wǎng)運行，保證生產(chǎn)不受影響。變頻運行時，變頻器為電機提供全面的保護。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖1所示。
DL：用戶高壓真空斷路器
K1、K2、K3：高壓變頻器內置高壓隔離開關
BPQ：JD-BP38系列高壓變頻器
D：高壓異步電動機
圖1手動旁路柜中，共有3個高壓隔離開關，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動機構，實現(xiàn)電磁互鎖。當K1、K3閉合，K2斷開時，電機變頻運行；當K1、K3斷開，K2閉合時，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調試。
旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖， DL合閘時，絕對不允許操作旁路隔離開關與變頻輸出隔離開關，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設備的安全。
故障分閘：將變頻器“高壓分斷”信號與旁路柜“變頻投入”信號串聯(lián)后，并聯(lián)于高壓開關分閘回路。在變頻投入狀態(tài)下，當變頻器出現(xiàn)故障時，分斷變頻器高壓輸入；旁路投入狀態(tài)下，變頻器故障分閘無效。
保護：保持原有對電機的保護及其整定值不變。
4.3對原設備液耦處理
1#出鐵風機、3#出鐵風機、鋼廠二次風機原有設備裝有液力耦合器。在變頻改造時，對原液耦處理考慮有兩種方式：一是將原液耦拆除，用連接軸代替液力耦合器，電機位置不動；二是將電機向前移動，直接與風機相連。在本次改造中，采用第二種方式。
5設備現(xiàn)場使用情況
變頻器于8月30日設備開始安裝，9月18日至10月2日調試和上高壓帶電機調試，在調試過程中，故障報警可靠，連鎖可靠，各種保護完備，變頻或工頻試運行正常。
用于新寶泰鋼鐵有限公司鋼廠、鐵廠風機的高壓變頻節(jié)能改造項目的8臺套變頻器，節(jié)電改造后，通過連續(xù)72小時滿負荷試運行考核，10月2日變頻器全部投入生產(chǎn)運行，至今運行正常。
在運行期間，高壓變頻器控制精度高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。工頻、變頻及切換運行正常，各項指標均達到設計要求。
安裝在鋼廠、鐵廠的8臺套的變頻器設備調試進行了以下內容：
?。?）變壓器初級涌流和次級靜態(tài)電壓測量；
（2）單元分立測試；
（3）變頻器空載測試；
?。?）變頻器拖動電機空載運行；
（5）變頻器拖動電機負載載運行；
?。?）測試變頻器的功能有：就地控制、軟起動、變頻調速等。
使用變頻器后，風機電機消耗功率明顯減小，實現(xiàn)了風機電機軟起動及無級調速。用變頻器起動電機，沒有起動電流沖擊，避免了對電機及電網(wǎng)的沖擊，調速精度高。降低電機轉速的同時，電機軸承溫度下降，機械磨損下降，從而延長電機和設備的使用壽命，降低了設備的維護費用。
經(jīng)過新寶泰鋼鐵公司能源中心、各分廠測試和計量，系統(tǒng)達到了預期的節(jié)能效果。10月18 日至 11月5日完成改造后的數(shù)據(jù)采集，變頻運行計量10月18 日 至10 月 21日（三天）；工頻運行計量 11月 1 日 至 11 月3 日（三天）。風機工頻與變頻運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下表2、表3所示：
實施變頻節(jié)電改造后，使8套風機電機總輸入功率由原來的3410.79kW降至2078.44kW，節(jié)電功率為1332.35kW，節(jié)電率達39.06%，年可節(jié)電959.29萬kW·h（運行時間按300天/年計），電費按0.56元/kW·h計，年節(jié)約電費537.20萬元，節(jié)電效益十分明顯。
6結束語
風光牌JD-BP38系列高壓變頻器共8臺套，系統(tǒng)安裝合格，各項參數(shù)指標達到技術要求，且順利通過現(xiàn)場試運行，現(xiàn)已投入生產(chǎn)運行。項目改造是成功的，達到了預期的設計要求，具有非常顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著國家“十二五”期間對節(jié)能減排工作的支持力度空前加大，高壓變頻器正迎來黃金歷史發(fā)展階段。
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