高压变频器在烧结主抽风机系统上的应用

2018-07-27赵云萍天津天铁冶金集团炼铁厂河北涉县056404

天津冶金 2018年3期

赵云萍（天津天铁冶金集团炼铁厂，河北涉县056404）

0 引言

过去主抽风机多采用降压启动方式，比较常见的包括水电阻软启动及热变电阻软启动。软启动方式存在启动电流较大、无法精准调节风量和负压等参数、对环境温度要求高、维护工作量大、不能多次连续启动等多种问题。当电机过大时，软启动装置无法提供足够的启动转矩来满足电机的降压启动。采用西门子高压变频启动解决了上述问题。同时，在主抽风机运行上采用变频控制，能够实现风机速度的平滑调节，大幅降低能耗，节约生产成本。

1 高压变频在风机上的应用

1.1 在风机启动时的应用

采用高压变频启动风机电机，利用变频器的特性，可以使电机启动时对电网的冲击值达到最小，启动曲线平滑，同时避免电机启动时大电流冲击对电机和风机的损坏，使电机、风门及风机的检修周期和寿命可延长1/3，减轻维修工作量，减少备件的使用及维修费用，同时起到保护电动机和电网的作用。

1.2 在主抽风机运行中的应用

通过实时对抽风机转速的调节来实现对生产中风量、负压的调节。与传统的控制系统相比，其主要优势在于：

（1）电机的轴输出功率可以根据生产的实际情况随时调节，使电机总是运行在最佳经济点上，电网节省了大量电能，运行成本大大降低，从而降低了烧结矿吨耗成本。

（2）完美无谐波高压变频采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。该变频器具有对电网谐波污染极小，输入功率因数高，输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题的特性；不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机，包括国产电机；输出电压非常接近正弦波，dv/dt很小。图1为完美无谐波变频器输出的电压及电流波形。

（3）提高了生产作业率。使用变频器调节风量，能够使调节更加精准，整个控制系统故障率极低，提高了产量和质量。

1.3 利用变频器的跳频功能避开风机在喘振区运行

抽风机运行在喘振区时，不仅经常会由于振动超标引起保护性跳闸，而且还会引起严重的设备问题，造成设备损坏。通过在变频器中设立一个特定的频率段，使变频器快速的通过该频率段，避免了风机在喘振区运行并发生喘振，使设备运行更加平稳，减少了对机械设备的冲击。变频运行使风机的运行状况得到优化，大幅度地降低了噪音，提高了机组的稳定性。

图1 完美无谐波变频器输出的电压及电流波形

1.4 变频器断电维持功能

主电源瞬时掉电5个周期内可满载运行不跳闸，掉电10s内不停机,最大限度地维持运行。变频器在工作时，可以承受电网电压波动至65%的影响而不跳机。

1.5 应用先进的自动控制模型

风量分析模块：对系统风量等实时数据进行检测，并根据生产实际情况，采用数据分析模型对主抽有效风量进行计算，确定风量需求，并考虑管道及设备漏风情况，确定风机总风量需求。压力分析模块：对系统负压等实时数据进行检测，根据生产实际情况，采用数据分析模型对烧结负压进行计算，并考虑管道及设备压降情况，确定风机在所需风量条件下的负压需求。烧结终点分析模块：对烧结温度等实时数据进行检测，并通过对烧结状态的检测与诊断，得出当前的烧结终点（BTP）状态并做出变化趋势判断。风机控制模块：系统对风量与负压需求进行分析，并结合当前烧结终点（BTP）状态及变化趋势对变频器输出频率进行修正。由于新一烧为双风机烧结系统，为避免风机的不平衡运行，出现抢风现象使系统发生震荡和波动，自动对风机状态进行调整，使得风机工作在平衡运行状态。系统监控模块：对整个系统进行实时监控，在发生故障时进行报警，并记录故障信息。数据存储模块：根据需要记录各种实时数据信息，以供历史信息查询及数据信息分析。自动控制模型：根据系统工况对变频器输出频率进行修正，保证对系统风量、负压的控制更为准确。

2 西门子变频器在烧结风机上采用的启动方案

烧结风机电机的变频器采用一拖一方式运行，电动机功率为7 100 kW，2台；变频器选用西门子罗宾康高压变频器7 200 kW，2台，型号为：6SR3501-5MJ48-7BF1。10 kV输入/10 kV输出驱动方案，采用空水冷交换器辅助散热方式，变频器的发热通过该冷却器冷却，使得变频器室内空气不与室外空气交换，以保证室内空气洁净，从而保证变频器可靠运行。

2套变频器采用了既能自己变频调速运行电机，又能分别启动2台电机在线定速运行控制模式，如图2所示。

图2 天铁烧结主抽风机变频系统控制图

正常状态时，1#电动机通过1#变频器、DSC1断路器（把电抗器短接）、MBM1断路器给一号电机供电，这时电抗器不起作用。同理，2#电机通过2#变频器、DSC2断路器（把电抗器短接）、MBM2断路器给二号电机供电。MBI1和MBI2分别为一段电源和二段电源供电开关。由于电机功率比较大，无论在工频还是变频状态，一段电源只为1#电机供电，二段电源只为2#电机供电。

当二号变频器故障时，可用一号变频器拖动二号电机至工频运行。工作流程为：通过二段电源、MBC2、变频器、电抗器、MBM2拖动二号电机启动；上微机向变频器发出请求切换信号后，变频器加速到工频率，并自动调整变频器的输出频率、相位、电压，直到和电网的频率、相位、电压相一致时，MBL2合闸；变频器收到MBL2合闸信号后，MBM2、MBC2分闸，变频器停止运行，二号电机工频启动完成。

3 烧结主抽风机变频启动的应用效果

与国内其它烧结主抽风机实现在线变频的系统相比，烧结风机通过合理配置方案，实现了2台电机在线变频和2机故障状态下能互为备用的功能，保证了生产的稳定性，具体有以下特点：

（1）新一烧一台烧结机供应4个高炉所需的烧结矿。当高炉部分处于检修、减产或停车时，新一烧经常处于不能满负荷工作的状态。这时，通过对变频器进行调节，使烧结系统风机始终运行在最佳经济点的工作状态，与目前国内其它400平烧结机主抽风机变频相比，能取得更大的节能效果。

（2）新一烧使用了异步变频电动机驱动主抽风机，与目前国内其它400平烧结机所用同步电动机相比，电机成本降低，同时也减少了同步电机所配的励磁装置和控制设备，降低了检修的难度、工作量及备件费。由于公司电网大型同步机较多，导致电网无功多，使用异步电动机增加负荷所消耗的无功功率，合理的对无功功率进行分配，提高了公司电网系统电压的稳定性。

（3）控制系统采用按功能分多级进行管理和控制，通过严格的生产管理，将不同层级的工作人员严格分工，提高系统的安全性、可靠性以及新一烧自动化控制水平。