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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。
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相=690×5=3450VAC，那么其线电压为：V线= V相= ×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。
图6 一带一手动旁路 图7 自动旁路
图6 一带一手动旁路 图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！