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高压变频器在攀钢提钒炼钢厂中的应用

jhlu3  发表于 2009/7/8 12:48:13      966 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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一、前言
  时光荏苒,斗转星移。弹指间,攀钢提钒炼钢厂的大方坯连铸、两座新转炉以及除尘系统拔地而起,无不成为每个炼钢厂人的骄傲,尤其是除尘系统的新建与改造,对大惯量高压除尘风机的运行要求很高。因此,我厂采用了国内外五大公司的高压变频技术,包括北京利德华福电气技术有限公司、东方日立(成都)电控设备有限公司、美国罗克韦尔公司、美国罗宾康公司、法国阿尔斯通公司,分别使用的高压变频器有:HARSVERT-A(4台)、DHVECTOL-DI03000/06B(1台)、Power Flex7000(3台)、NBH(1台)、ALSPA MD2000(2台),这五种高压变频器已成为攀钢提钒炼钢厂除尘系统中的一道风景线,许多企业都来此参观。其中,北京利德华福高压变频器(HARSVERT-A)的应用最为广泛,主要用于攀钢提钒炼钢厂的6#、7#转炉的二次高压除尘风机(功率1600kW);4#、5#转炉一次高压除尘风机(功率1400kW)的变频调速。
二、HARSVERT-A高压变频器的系统原理及特点
1、高压变频器功率单元结构原理
  功率单元结构原理(图1),是由二极管整流的三相全控桥、低压绝缘栅双极型晶闸管(IGBT)逆变桥、电容器组等元件组成的控制回路,为基本的交-直-交单相逆变电路,通过对IGBT逆变桥进行正弦脉冲宽度调制(PWM)控制,可得到功率单元输出的PWM波形(图2)。每个功率单元结构一致,可以互换,而且当某个功率单元出现故障时,封锁该功率单元IGBT的触发信号,然后让旁路SCR导通,将这个功率单元隔离出去,而不影响其他功率单元的运行,减少除尘风机停机造成的经济损失,正好适应了攀钢提钒炼钢厂的生产节奏。


图1  功率单元结构原理


图2  功率单元输出的PWM波形

2、高压变频器的系统结构
  HARSVERT-A高压变频器属于“高-高”电压源型变频器,由移相变压器、功率单元、控制器、工控机、内置PLC(S7-200)、液晶触摸屏、外部接口、温控器、检测装置、报警装置等设备组成(图3)。输入侧由移相变压器给每个功率单元供电,移相变压器的阀侧绕组分为三相(A、B、C三相),构成30脉冲整流方式,采用多级移相叠加的整流方式使负载下的网侧功率因数为0.96(﹥20%负载)接近1,可大幅度改善网侧的电流波形。输出侧由每个功率单元的U、V相输出端子相互串联而成星型接法给电机供电,通过对每个功率单元的PWM波形进行重组,可得到阶梯PWM波形(图4),这种波形接近于标准正弦波,无须输出电抗器滤波,可减少对电机和电缆的绝缘的损坏,对输出电缆的长度无特殊的要求。


        图3  高压变频器系统结构图


            图4  阶梯PWM波形


3、高压变频器的电压叠加原理
  移相变压器的阀侧绕组分为A、B、C三相,每相上有5个功率单元串联,共15个功率单元,每个功率单元的相电压为690VAC,每相的相电压为:V=690×5=3450VAC,那么其线电压为:V线= V= ×3450≈6000VAC(图5)。


图5  高压变频器的电压叠加原理

4
高压变频器工频旁路结构
  工频旁路是在高压变频器出现故障时为保证生产继续进行,所采用直接工频启动电机的一种启动方式。攀钢提钒炼钢厂采用了一带一手动旁路(图6)和自动旁路(图7)两种形式。工频旁路系统的使用,避免了因变频器故障而造成高压除尘风机停机所带来的影响,确保了攀钢提钒炼钢厂生产顺利进行,使攀钢提钒炼钢厂的安全环保事业持续稳定发展。
    
6  一带一手动旁路        7  自动旁路

三、HARSVERT-A高压变频器与电流源高压变频器的比较
  攀钢提钒炼钢厂现使用的高压变频器有HARSVERT-A高压变频器(电压源型)和其他电流源型高压变频器,他们之间的比较见(表1)。根据现场情况和维护人员的反映,认为HARSVERT-A高压变频器操作简单,维护方便。从(表1)中亦可看出。
HARSVERT-A高压变频器
电流源型高压变频器
输入功率因数高
输入功率因数低,需功率因数补偿
对电网无谐波污染
对电网有谐波污染,需谐波抑制器
适用普通电机
不适用普通电机
控制电源掉电不停机
控制电源掉电立即停机
可一带多运行
不能一带多运行
不能四象限运行
可四象限运行,适用于制动场合
模块串联,可靠性高
存在器件串联均压问题,可靠性低
中文界面操作简单、稳定
中文界面操作简单、不稳定
系统软件有时出现故障,易处理
系统硬件有时出现故障,不易处理
维护人员易掌握处理故障的方法
维护人员不易掌握处理故障的方法

表1  HARSVERT-A高压变频器与电流源型高压变频器的比较

四、使用HARSVERT-A高压变频器后的优越性
1、节能方面
  以4#、5#转炉为例,每座转炉公称容积为120T,平均铁水装入量为120T,最大铁水装入量为140T,最大炉气量为60000Nm3/h,吹炼时间为10min,冶炼周期为20min,炉气含尘量为80g/Nm3--120g/Nm3,风机升压为19000Pa,风机额定转速为1480rpm,电机电压为6kV,电机功率为1400kW。转炉的冶炼工艺从图8中可看出,A点到B点为兑铁加废钢时间2分钟,B点到C点为风机升速时间1分钟,C点到D点为吹炼时间10分钟,D点风机开始减速,D点到E点为测温取样时间1分钟,E点到F点为倒渣出钢时间5分钟,F点到G点为倒残渣时间1分钟。整个转炉的冶炼周期为20分钟,在C点到D点吹炼时变频器以高速35Hz运行,其它阶段变频器以低速18Hz运行。以前没有采用高压变频器时,在整个转炉的冶炼阶段都是工频50Hz运行,4#、5#转炉一次除尘风机月耗电量约为1680000kW·h,而使用了高压变频器后,4#、5#转炉一次除尘风机月耗电量约为1050000 kW·h,根据电费0.55元/度计算,每月可节约电费约34.6万元。


图8   4#、5#转炉冶炼工艺简图
2、增效方面
  使用了高压变频器后,除尘风机根据冶炼工艺处于较低频率下运行,电流很小;另外实现了软启动,避免了启动瞬间大电流对电机和电网的冲击,减少了对风机轴承、叶轮的磨损;而且也减少了风机换转子的次数,每月可增加冶炼时间5小时,按每炉钢120T,冶炼周期为20min/炉,每吨钢200元利润计算如下:
每月可多产钢:
5×60÷20=15(炉)
每炉钢按120吨计算,可多产钢:
120×15=1800(吨)
每吨钢按200元计算,每月可创效益:
1800×200=36(万元)
五、结论
  利德华福高压变频器(HARSVERT-A)在攀钢提钒炼钢厂已运行了几个月,其性能稳定,节能明显,大大提高了除尘系统的工作能力,改善了工作环境,提高了生产率,对安全环保事业的发展起到了一定的作用。因此,高压变频器在除尘系统中的应用是不可缺少的,在同行业中有很好的推广性!
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