西门子GH180中压变频器在环境除尘风机上的应用

刘照辉

（浙江佳环工程技术有限公司，浙江 金华 321000）

0 引言

为了贯彻执行《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，按钢铁企业烟气颗粒物排放限值≤10mg/m3要求。沙钢原烧三车间新上一台75万风量筛分环境除尘系统用以满足最新烟尘颗粒物环保排放指标要求[1]。

新建的沙钢三车间筛分环境除尘系统，除尘风机为双吸双支撑式结构离心引风机，电机为10kV高压变频电机。通过1800KW除尘风机产生的吸力，通过各点吸尘罩带动整个系统的气体流动。除尘风机启动后，使风机进风口以前的管道产生负压，布置在筛分站落料口附近的吸风口将飘浮的粉尘吸入管道，从除尘器进风口进入除尘器，从而达到除尘效果。西门子公司主推的GH180完美无谐波变频器在众多的进口品牌竞标中，以其优异的高功率因数，运行平稳、高可靠性，且性价比高等特点脱颖而出，完全可以满足在环保排放要求较高的运行场合。

1 GH180主要部件介绍

图1 变频器外形图

GH180变频器包含左侧变压器部分、右侧操作屏部分、中间的功率单元部分及顶部的风机部分。

（1）变压器部分。变压器部分主要包含了变压器和挡风板。变压器的原边绕组采用星形接法，而副边有多个绕组，采用延边三角形接法，输出电压为750V，根据配置的功率单元数量，形成优于48脉冲的电源质量。变压器采用干式变压器，采用强制空冷，挡风板用于引导冷却风穿过绕组。变压器绕组采用180℃绝缘系统，并配有离线调节轴头，用于适应不同的电网输入电压，机柜有+5%和0%两种抽头[2]。

（2）操作屏。为方便操作人员对变频器进行就地设置及操作，GH180变频器在控制柜正面配有一块液晶屏HMI。通过液晶屏HMI输入不同权限方便实现：浏览菜单结构、激活控制功能、复位系统、编辑参数值等功能。

（3）功率单元。功率单元作为GH180变频器的重要组成部分，24个功率单元可产生多电平的PWM输出波形，每个功率单元输入都被配置为一个6脉冲二极管整流器，端子均通过变压器的副边绕组供电。整流器的直流输出经过电容器组的滤波后，提供给输出侧的单相逆变器，功率单元的输出端均与每个相组串联。

（4）空冷风机。GH180变频器均采用强制空冷，变频柜顶部配置两台空冷风机，正常运行时采用一用一备方式，当变频器中压送电后，空冷风机开始运行散热。在切断中压电源后继续运行风机十分钟，以便散去变频器的余热。本项目实施中为配合将室内热量热量排出，配备多台大功率制冷空调，以保障变频器运行对室内温度限值要求[3]。

2 变频器控制方式

西门子GH180 变频器控制原理如图所示，配置的旁路柜额定电压10kV、额定电流630A，旁路柜内安装3只刀闸，刀闸之间机械保持，分别隔离变频器、隔离高压侧电源、隔离电动机。在变频运行方式下，无故障状态时，变频器界面显示控制器就绪，同时发出高压合闸允许信号，执行高压合闸操作；高压送上后，在界面观察变频器的输入电压、电流等是否正常，系统在合上高压后，发出系统备妥状态信号。

（1）GH180变频器的状态参数，按不同情形，主要分以下状态。

待机状态：已合高压，系统正常，具备启动条件，系统发出备妥信号，可启动变频器；

运行状态：变频器已启动并运行，界面显示正在运行；

停机状态：变频处于非运行状态为系统停机状态；

图2 变频器回路图

故障状态：系统存在重故障，HMI显示系统故障及重故障名称，此种状态下高压无法合闸；须待重故障消除后，按复位按钮进行复位后方可合闸；

变频/工频旁路状态：

旁路柜刀闸QS0及K1、K3合上，K2断开时，选择用变频器运行，系统处于变频状态。

旁路柜刀闸QS0、K2合上，K1及K3断开时，选择用工频电网运行，界面将显示工频旁路运行状态[4]。

（2）变频器控制电源。除通过开关柜供给变频器一路AC380V/20KVA的电源容量外，变频控制单元柜内含有自带一个3KVA容量UPS电源，用于保证在控制回路异常供电状态点停止变频器。

（3）高压上电操作。变频方式下合上旁路柜刀闸QS0、K1及K3。旁路柜上变频指示灯亮。在变频方式下，无故障状态时，变频器界面显示控制器就绪，即发出高压合闸允许信号，执行高压合闸操作；

（4）高压变频器参数。

表1 高压变频器参数

（5）自动化控制系统。西门子GH180变频器可以通过硬接线方式和PLC或DCS控制系统相连，也可以通过PROFIBUS网络控制。根据本项目采用施耐德PLC控制系统在不增加通讯模块的情况下，采用硬接线方式连接，具体连接方式：PLC模拟量输入模块采集变频器频率输出及电流输出信号，模拟量输出模块将上位机或系统PID调节所需的频率转换为4~20Ma信号传送至变频器输入卡件。同时为监控变频器运行状态，PLC数字量输入模块设置了变频器运行、备妥、远程、重故障、轻故障等DI信号，并将控制变频器信号DO点如启动、停止、复位、急停等信号在控制时传输至变频器。PLC控制系统通过程序设置变频器启动及停止保护，启动允许条件包括：当风机系统中至少一台冷却水泵及风机冷却风机处于正常运行状态时，风机各轴承电机定子各温度及振动不超过报警值。停止变频器条件包括风机及电机轴承温度达到调机定值及风机电流达到跳机定值等。

图3 变频器启动保护控制逻辑

3 运行情况经济效能分析

沙钢三车间建立了严格的运行效能考核制度，对设备的经济运行情况比较重视。筛分除尘风机若采用工频运行:按运行频率50Hz，运行电流按额定运行电流126A，功率因数0.85；

运行功率为：P=U×I×1.732×cosφ=10×126×1.732×0.85=1855kW

而采用变频方式运行，操作员可根据现场实际灰量进行风机频率调整。根据现有的运行数据分析，变频器单日平均运行在40HZ占总时间的50%，35HZ占总时间的30%，30HZ占总时间的20%，从以上数据分析计算故得出平均运行频率为36.5HZ，平均运行电流92A；变频器输出功率因数为0.97；

计算变频状态下运行功率为P=U×I×1.732×cosφ= 10×92×1.732×0.97=1546kW；按单日运行24小时，节约电量为（1855-1546）×24=7416（KWH），年节约电量为7416×365=2706840（KWH）。按现有工业用电0.725/KWH，年节约费用约为200万左右。在当前环保要求及结合目前设备运行情况，筛分环境除尘需全年不停机运转，节约费用非常可观[5]。

4 结语

通过西门子完美无谐波GH180变频器在筛分除尘系统风机上的应用，GH180变频器不仅实现了业主对风机启动时电压降的要求，在调速性能及运行稳定性方面也有优异表现，而且带来了显著的节能及经济运行效果。