英威騰CHH100系列高壓變頻器在高爐鼓風上的應用
摘要：本文介紹了英威騰CHH100系列高壓變頻器在高爐控制上的應用，介紹了利用英威騰CHH100系列高壓變頻器改變高爐離心鼓風機流量/壓力工作點，實現(xiàn)優(yōu)化高爐送風控制控制工藝，降低風機運行能耗的一些方法。
前言：
在冶金企業(yè)中,高爐鼓風機是非常重要的設備,必須確保其能夠穩(wěn)定、安全、高效的工作,高爐送風制度是高爐操作的根本制度，是高爐穩(wěn)定順行、優(yōu)質、高產(chǎn)的重要條件。高爐合理送風制度應達到以下要求：爐料正常穩(wěn)定下降，爐況順行；初始煤氣流達到合理的分布；爐缸活躍且均勻，渣鐵物理熱充沛，鐵水質量合格；有利于爐型和設備的維護。 
新疆鄯善金匯鑄鐵有限公司 應用現(xiàn)場
一、控制方案確立
高爐煉鐵冶煉用鼓風機是高爐最重要的動力設備，它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，而且提供鼓風動能克服高爐料柱阻力所需的氣體動力。高爐冶煉要求鼓風機能供給一定量的空氣，以保證燃燒一定的碳;其所需風量的大小不僅與爐容成正比，而且與高爐強化程度有關、一般按單位爐容2.1～2.5m3/min的風量配備。但實際上不少的高爐鼓風機選型時設計余量的基礎上考慮到生產(chǎn)的發(fā)展需要，配備的風機功率往往大于實際生產(chǎn)需要都大于這一比例，因此一般采用入口風門、出口放風閥進行風量、風壓控制，以及防止風機的喘振。
在高爐煉鐵冶煉中也需要經(jīng)常根據(jù)煉鐵工藝情況調節(jié)調節(jié)系統(tǒng)風量，諸如在燃料比降低或燃料比維持不變的情況下，風量增加，下料速度加快，生鐵產(chǎn)量增加。料速超過正常規(guī)定應及時減少風量。當高爐出現(xiàn)懸料、崩料或低料線時，要及時減風，并一次減到所需水平。渣鐵未出凈時，減風應密切注意風口狀況，防止風口灌渣。當爐況轉順，需要加風時，不能一次到位，防止高爐順行破壞。兩次加風應有一定的時間間隔，這些送風工藝控制的要求也對高爐鼓風控制系統(tǒng)提出一定的要求。
由于原有的高爐送風系統(tǒng)控制方法落后，存在著較大的閥門節(jié)流損耗、風機的效率低、設備運行十分不經(jīng)濟，同時，高爐送風的風量、風壓控制需要人力旋轉蝶閥手柄，來控制閥門開度，控制方法既費力又費時，十分的不方便，不僅風機驅動電機的能耗大且不利于送風制度的貫徹落實，對高爐冶煉也有較大影響。因此，新疆鄯善金匯鑄鐵有限公司決定對1#高爐的鼓風機實施變頻器調速改造。
二、高壓變頻器型號選擇及品牌確立
高爐煉鐵冶煉用鼓風機是高爐最重要的動力設備，它的穩(wěn)定、可靠、持續(xù)運行是煉鐵生產(chǎn)達產(chǎn)的基本保證，若高爐送風系統(tǒng)出現(xiàn)故障會對高爐冶煉帶來極大的危害，特別是在高爐出鐵水時，若高爐送風系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將導致高爐出現(xiàn)灌渣堵風口的事故，造成高爐停產(chǎn)，使企業(yè)蒙受損失，因此，高壓變頻器的可靠性及控制系統(tǒng)冗余，是確保系統(tǒng)運行的基本保障。
新疆鄯善金匯鑄鐵有限公司對高壓變頻器的選型十分謹慎，因此，考察了多家高壓變頻器制造商后，最終確定采用深圳英威騰電氣公司的CHH100系列高壓變頻器實施高爐鼓風機的變頻調速改造。這次選擇英威騰電氣CHH100-1250-10型高壓變頻器主要是基于該型號的高壓變頻器具有完善的控制功能，諸如溫度補償功能、輸出短路保護功能、轉矩限制功能，特別是在該企業(yè)參觀時，生產(chǎn)廠家為我們做的短路過流保護的演示給我們留下了深刻的印象。
三、高壓變頻調速改造方案
這次高爐高爐離心式鼓風機采用的是CHH100-1250-10型高壓變頻調速系統(tǒng)，原系統(tǒng)的水阻啟動柜保留，當高壓變頻器發(fā)生故障時，控制系統(tǒng)可以將發(fā)生故障高壓變頻器從一次回路中剝離出來，電機旁路到工頻電源上運行，這里可以使風機驅動電機在工頻與變頻兩套電源系統(tǒng)上運行，彼此互為冗余、互為備用確保系統(tǒng)的可靠性，從而確保高壓變頻器故障時高爐不會發(fā)生失去風壓、風口灌渣故障。高爐鼓風機變頻調速一次接線參見圖1-1.
10kV電源經(jīng)高壓開關柜到高壓變頻器的電源切換柜，經(jīng)高壓隔離開關QS1、KM1到高壓變頻器的移相整流側，高壓變頻器的調頻電源經(jīng)高壓隔離開關QS2及KM3到高壓電機，KM2及KM3彼此電氣互鎖， 但高壓變頻器出現(xiàn)故障時，KM3跳脫，KM2閉合，系統(tǒng)自動切換到工頻電源運行，避免高爐因高壓變頻器故障產(chǎn)生風口灌渣事故，確保煉鐵生產(chǎn)的持續(xù)可靠運行。
四、英威騰CHH100系列在高爐風機變頻調速系統(tǒng)的技術特點
此次高爐風機變頻調速系統(tǒng)采用的是深圳市英威騰電氣有限公司生產(chǎn)制造的高壓變頻調速器，變頻調速系統(tǒng)在現(xiàn)場運行時，其運行頻率設定的方法采用的遠程操作臺進行系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控或風機運行速度給定，電控室的值班人可以很方便地根據(jù)高爐的生產(chǎn)可以要求進行加風、減風、休風操著，而且，加風、減風的時間間隔，風壓、流量均可以自由地控制，對高爐的順行控制提供了有力的條件。
CHH100系列無電網(wǎng)污染高壓大功率變頻器是由多個功率模塊串聯(lián)而成，通過將多個低壓功率模塊的輸出疊加起來得到高壓輸出，實現(xiàn)了真正意義的高-高電力變換，無需降壓升壓變換，解決了高壓電力變換的困難。串聯(lián)多重化疊加技術的應用還為實現(xiàn)純正弦波、消除電網(wǎng)諧波污染開辟了嶄新的途徑。INVT-CHH高壓變頻調速系統(tǒng)主控制部分以新型電機控制專用DSP（數(shù)字信號處理器）為控制核心，輔以大規(guī)模可編程邏輯器件，實現(xiàn)SPWM波形控制及各種信號的檢測、分析判斷和處理。控制器和功率單元箱之間通過光纖進行信號傳輸，可有效避免電磁干擾，增強系統(tǒng)的可靠性。同時控制系統(tǒng)具有豐富的模擬、數(shù)字接口，可用于與用戶中控DCS連接和擴展，以滿足現(xiàn)場各種運行與控制的需要。用戶在后臺可以監(jiān)控變頻各種狀態(tài)并對其進行遠程控制和頻率設定調節(jié)。
CHH100系列高壓變頻調速系統(tǒng)主控制部分以新型電機控制專用DSP（數(shù)字信號處理器）為控制核心，輔以大規(guī)模可編程邏輯器件，實現(xiàn)SPWM波形控制及各種信號的檢測、分析判斷和處理。控制器和功率單元箱之間通過光纖進行信號傳輸，可有效避免電磁干擾，增強系統(tǒng)的可靠性。同時控制系統(tǒng)具有豐富的模擬、數(shù)字接口，可用于與用戶中控DCS連接和擴展，以滿足現(xiàn)場各種運行與控制的需要。用戶在后臺可以監(jiān)控變頻各種狀態(tài)并對其進行遠程控制和頻率設定調節(jié)。
CHH100系列高壓變頻調速系統(tǒng)主控制部分以新型電機控制專用DSP（數(shù)字信號處理器）為控制核心，輔以大規(guī)模可編程邏輯器件，實現(xiàn)SPWM波形控制及各種信號的檢測、分析判斷和處理。控制器和功率單元箱之間通過光纖進行信號傳輸，可有效避免電磁干擾，增強系統(tǒng)的可靠性。同時控制系統(tǒng)具有豐富的模擬、數(shù)字接口，可用于與用戶中控DCS連接和擴展，以滿足現(xiàn)場各種運行與控制的需要。用戶在后臺可以監(jiān)控變頻各種狀態(tài)并對其進行遠程控制和頻率設定調節(jié)。
（1）能實現(xiàn)軟啟動，啟動時間和啟動的方式可以根椐現(xiàn)場工況進行調整。
（2）高功率因數(shù)，達0.95以上，無需另加功率因數(shù)補償裝置，避免了因無功帶來的罰款。
（3）效率高，高達96%以上，遠遠高于可控硅大功率調速裝置。
（4）符合IEEE519-1992標準的嚴格要求，不對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染，完全無需任何濾波裝置。
（5）對電機不產(chǎn)生諧波污染，有效降低了電機的發(fā)熱量，噪聲與采用工頻供電時相近。
（6）轉矩脈沖很低，不會導致電機等機械設備的共振，同時也減少了傳動機構的磨損。
（7）輸出波形完美，失真度小于1% 。
（8）電動機的電應力強度與采用工頻供電時相近，無需配備特殊電動機。
（9）與電機的連接不受電纜長度的限制。
五、高壓變頻調速改造總結及收益分析
高爐煉鐵冶煉用鼓風機是高爐最重要的動力設備，它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，而且提供鼓風動能克服高爐料柱阻力所需的氧氣及氣體動力，因此，要求它24h連續(xù)可靠運行，偶然跳閘或停機會對整個生產(chǎn)甚至高爐本身都會造成比較嚴重的影響。而在高爐煉鐵生產(chǎn)時，每50分鐘就要出一次鐵，因而對高壓變頻器的可靠性要求非常高。為防止高壓變頻器發(fā)生故障影響高爐冶煉的正常進行，提高高爐風機運行可靠性，我們采用了系統(tǒng)冗余的控制方案，在高壓變頻器調試過程中曾因為系統(tǒng)電磁兼容的原因造成高壓配電系統(tǒng)中的電子式速斷繼電器動作，系統(tǒng)即時自動旁路到工頻回路運行，人工調節(jié)蝶閥開度，沒有對高爐煉鐵冶煉造成影響。
新疆鄯善屬于偏遠地區(qū)，電網(wǎng)常時間電壓波動較大，其電壓波動范圍常在±10%之間，CHH100型高壓變頻器均能正常可靠運行，而且，鼓風動能沒有較大波動，對高爐的冶煉順行起了較大的作用。采用高壓變頻器后風量調節(jié)的方式更加簡便快捷，操作工人反應也較好。
采用高壓變頻器調節(jié)高爐風量，高爐風機驅動電機的運行電耗明顯降低，也給企業(yè)帶來了巨大的效益。從配電值班記錄來看，采用高壓變頻器后，高壓電機的運行頻率一般在39HZ – 47HZ之間，對應的電機輸入功率平均在930KW左右，未采用變頻調速時高壓電機的輸入功率平均在1273KW左右，其平均節(jié)電率在27%左右。（參見表1-1）
|
高壓電機運行能耗對照表
|
|||
|
電機型號
|
YK1250-2/990
|
電機功率
|
1250KW
|
|
蝶閥控制風量的電機平均輸入功率
|
變頻調速控制風量的電機平均輸入功率
|
||
|
1273KW
|
930KW
|
||
|
減少電機輸入功率
|
343KW
|
平均節(jié)電率
|
27%
|
|
年均降低風機運行電耗：128.6萬元 『備注』 按當?shù)仄骄妰r0.5元/度；設備年運行7500小時計算。
|
|||
由統(tǒng)計的節(jié)能數(shù)據(jù)來看，高爐鼓風系統(tǒng)應用高壓變頻調速可以大幅度降低電機電耗，經(jīng)濟效益是顯著的。另外，采用高壓變頻調速控制后，高爐鼓風系統(tǒng)的功能也得到了明顯改善，其主要表現(xiàn)如下：
（1）電源側功率因數(shù)提高： 原電機直接由工頻驅動時，采用無功補償，其電機的運行功率因數(shù)為0.92左右。采用高壓變頻器后，電源側的功率因數(shù)可提高到0.96以上，配電系統(tǒng)的效率明顯改善。
（2）啟動性能改善：原系統(tǒng)采用水阻柜啟動，高壓電機的起動電流在額定電流的3倍左右，仍未從根本上解決從根本上解決電機啟動電流大、啟動時間長，電網(wǎng)電壓降大，設備存在啟動構架振動問題；采用高壓變頻器后高壓電機在額定電流內(nèi)平穩(wěn)啟動，從根本上解決了高壓電機的起動問題。
噪音大大減小，改善運行人員的工作環(huán)境：采用變頻調節(jié)后，由于通過調節(jié)電機轉速實現(xiàn)調節(jié)，風門全開，鼓風機、風管的噪音大大下降，改善工作環(huán)境條件，現(xiàn)場運行人員反映良好。
六、結束語
深圳英威騰CHH100系列高壓變頻器在新疆鄯善金匯鑄鐵公司高爐鼓風機上投入運行以來運行穩(wěn)定，改變了高爐鼓風的風量、風壓控制方式，提高了高爐冶煉的工藝控制水平，保證了高爐的正常生產(chǎn)，并取得了可觀的節(jié)能經(jīng)濟效益與附加效益，為高壓變頻器在鋼鐵行業(yè)的推廣應用取得良好經(jīng)驗
六、結束語
深圳英威騰CHH100系列高壓變頻器在新疆鄯善金匯鑄鐵公司高爐鼓風機上投入運行以來運行穩(wěn)定，改變了高爐鼓風的風量、風壓控制方式，提高了高爐冶煉的工藝控制水平，保證了高爐的正常生產(chǎn)，并取得了可觀的節(jié)能經(jīng)濟效益與附加效益，為高壓變頻器在鋼鐵行業(yè)的推廣應用取得良好經(jīng)驗