文/德勝鋼鐵 周鵬
摘要：本文主要介紹戶外整裝結構箱式高壓變頻器在德勝鋼鐵混鐵爐除塵及轉爐二次除塵上的應用情況，著重分析箱式高壓變頻器與常規冷卻系統高壓變頻器的不同之處。結果表明，集裝箱式高壓變頻器具有安裝簡便、監控靈活、穩定可靠等一系列優點。
關鍵詞：箱式 高壓變頻器 二次除塵 混鐵爐除塵
一、引言
圖1 德勝鋼鐵
四川德勝集團鋼鐵有限公司（圖1）是德勝集團的核心企業之一，經過十年多的發展，現有員工2500人，擁有各類專業技術人才500余人,資產48億元, 現已形成100萬噸鋼及配套生產能力，是四川省委、省政府確定的四川鋼鐵行業“一大四骨干”重點骨干鋼鐵企業，是四川省 “三個百億工程重點培育的資源優勢類企業”，被列為四川省政府重點扶持的首批迅速做大做強的大企業大集團之一。公司按照省委省政府“加快發展、科學發展、又好又快發展”的要求，堅持走節能減排、資源綜合利用、發展循環經濟的道路，在混鐵爐除塵風機和轉爐二次除塵風機技改項目中，淘汰了傳統的液力耦合器調速方式，并經過多方比較最終選定北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A型高壓變頻器。
圖2 混鐵爐除塵風機（拆除液力耦合器后用長軸連接）
混鐵爐是高爐和轉爐之間的煉鋼輔助設備，它主要用于調節和均衡高爐和轉爐之間鐵水供求，存貯并保溫由高爐冶煉出來的鐵水,混合均勻不同高爐冶煉出來的不同溫度及化學成份的鐵水，并不間斷地供給轉爐�；扈F爐與轉爐在兌鐵水時均散發大量煙塵及有害氣體，不僅污染環境，還對工作人員的健康造成危害，也不利于儀器儀表的長期穩定運行。除塵是一個不可缺少的環節。
改造前兩臺風機均采用液力耦合器調速，但由于液力耦合器本身技術缺陷，其存在不可避免的缺陷：
（1） 在低速向高速運行過程中，延遲性較明顯，不能快速響應；
（2） 液力耦合器本身控制精度差，調速范圍窄，通常在40％～90％之間；
（3） 電機啟動時，沖擊電流較大，影響電網的穩定性；
（4） 在高速運行時，液力耦合器有丟轉現象，嚴重時會影響工作的正常進行；
（5） 液力耦合在調速運行時產生機械損耗和轉差損耗，效率較低，造成電能浪費；
（6） 液力耦合器工作時是通過一導管調整工作腔的充液量，從而改變傳遞扭矩和輸出轉速來滿足工況要求，因此，對工作腔及供油系統需經常維護及檢修。
改造后采用高壓變頻器調速，相較液力耦合器而言，變頻器調速具有以下優點：
（1） 啟動平穩無擾動，大大降低啟動電流，減少了對設備和電網的沖擊；
（2） 調速范圍更廣，可在0.5Hz~50Hz內調速，調速精度更高；
（3） 可根據負載要求調速，電機不必始終運行在工頻下，節能效果明顯；
（4） 可在中控室調整、監控所有信號，自動化程度提高
圖3轉爐二次除塵風機（拆除液力耦合器后用長軸連接）
二、 整裝結構箱式高壓變頻器介紹
隨著高壓變頻器越來越多的應用于鋼鐵、水泥、火電、化工等行業，作為精密電子器件，灰塵、溫度直接影響其穩定性及壽命，用戶迫切需要解決的問題是如何為高壓變頻器提供一個良好的運行環境，因此，整裝結構箱式高壓變頻器應運而生。箱式高壓變頻器采用全密閉式結構，可有效阻止灰塵進入，集成的一體化冷卻系統可保證箱內溫度在30～40℃之間。箱式高壓變頻器可分為HARSVERT高壓變頻器和BLH-SCS高壓變頻器環境控制系統兩大部分。
圖4 戶外整裝結構箱式變頻器
2.1 HARSVERT高壓變頻器
HARSVERT高壓變頻器是利德華福公司自主研發生產的電機調速設備，采用單元多電平串聯拓撲結構，有效抑制諧波產生，輸入輸出無需加裝諧波濾波器；中間儲能元件采用大電容，大大提高輸入側功率因數而不必額外采用無功補償。設備提供精確的故障定位及查詢功能，任何情況下，用戶都可以通過故障查詢窗口及時獲知系統的當前狀況及已發生過的歷次故障信息，包括故障發生時間、原因及位置，以便采取相應的處理措施。同時過壓、欠壓、缺相、過流、輕過載、重過載等檢測功能，讓電機可以安全運轉。HARSVERT高壓變頻器經過十多年的發展，運行穩定可靠，操作簡便，接口靈活多樣，得到了用戶的廣泛認可。
2.2 BLH-SCS集中環境控制
BLH-SCS高壓變頻器環境控制系統的一體化冷卻裝置是北京利德華福電氣技術有限公司專為HARSVERT變頻器的戶外整裝結構設計。該控制系統主要包括：電控柜、制冷壓縮機組、表冷器以及配套的變頻器功率柜頂離心風機、凝水盤、排水管道等結構件。該裝置通過變頻器柜頂冷卻風機排出的熱風通過表冷器降溫冷卻后排入到箱體內部，通過功率柜、變壓器柜正面的通風口進入設備內對功率模塊和變壓器進行冷卻。功率柜和變壓器內部散失的熱量通過表冷器內流動的制冷劑帶到設備外，由壓縮機組通過室外機散熱把熱量排出。電控柜根據環境溫度和功率柜風機排風溫度，將箱體內溫度控制在30～40℃之間；同時，提供一體化冷卻裝置在事故和非正常運行狀態下的故障點判斷、事故自動處理等邏輯控制，滿足高壓變頻器對運行環境的高安全、可靠性要求。
圖5 強制密閉式冷卻裝置整裝示意圖
1、柜頂風機 2、功率柜頂表冷器 3、變壓器柜頂表冷器 4、電控柜 5、制冷壓縮機組
圖6 室內變頻器和一體化冷卻裝置 圖7 壓縮機室內部
一體化冷卻裝置共有四臺制冷壓縮機（11#，12#，21#,22#），為適應高低溫季節變化帶來的壓縮機效率變化，減少壓縮機啟停次數，裝置按照一大一小選配壓縮機，其中1#壓縮機為小功率，2#壓縮機為大功率。動力配電由兩路380VAC電源接入，兩路電源互為備用，正常情況下兩路電源各自為兩臺壓機供電，當一路電源出現問題時，另一路電源通過自動切換為全部壓機供電。
裝置根據變頻器功率柜和變壓器柜柜頂排風口的溫度檢測信號，實現變頻器箱體內環境溫度控制，將功率柜內的溫度控制在30～38℃和變壓器柜內的溫度控制在53～58℃的一個寬帶范圍內。當變頻器功率柜頂排風口溫度測點2的信號到達38℃時，啟動其中的11#壓機工作；當變頻器負荷過高，單臺壓機不能維持變頻器功率柜溫度穩定時，電控系統在41.5℃自動啟動第二臺12#壓機。溫度在控制過程中仍不能達到溫度穩定的，功率柜溫度上升至43℃時，自動打開應急通風系統，進行開放式循環。
圖8 冷卻系統監控畫面
正常運行情況下，一臺壓機滿負荷工作能夠滿足變頻器滿載工況的冷量需求，在夏季極端惡劣工況下，備用壓機的輔助冷卻能夠穩定風機出風口溫度在41.5℃以內（功率柜內溫度＜38℃）。首先啟動的壓機稱之為工作壓機，是在40℃啟動、36℃停止，周期往復式運行；另外一臺為備用壓機在（冬季用）38℃啟動、33℃停止。變壓器溫度控制方式跟功率柜控制方式相同，只是壓縮機啟動溫度有差異，變壓器柜頂壓縮機在夏季是22#壓縮機在60℃時啟動，56℃時停止；冬季是21#壓縮機在58℃時啟動，53℃時停止；兩臺壓縮機的連鎖啟動值在61.5℃。
為了保證變頻器能夠安全穩定運行，系統提供環境、柜頂風機出口、表冷器溫度等多個位置測點的溫度判斷，確保冷卻裝置控制準確、保護有效，確實出現問題時可自動切除，并發出輕度故障報；具有功率柜出風口溫度過低的保護功能，當功率柜出風口溫度低于最低停機溫度定值2℃以下時，系統斷開壓縮機組的合閘操作回路，禁止以任何方式啟動壓縮機組運行；具有壓縮機低壓保護、高壓保護、相序保護、過載保護等功能，在手動或自動運行方式下均處于有效狀態；具有應急通風功能，在系統消防檢測裝置報警狀態消失2分鐘后，啟動應急通風設備，將變頻器室的滅火煙霧釋放至室外；提供應急照明功能，方便用戶在斷電小于90分鐘時間內，在變頻器室內進行檢修操作。
三、節電率分析
以上為最近幾個月設備用電情況，從表中數據可以看出，設備節能效果是非常明顯的。
四、結論
戶外整裝結構箱式變頻器安裝靈活簡便，無需建造變頻器室，在防塵、控溫方面優勢明顯，可為變頻器提供良好的運行環境，為變頻器的穩定運行提供有力保障，值得大力推廣。