摘  要：本文介紹了英威騰高壓大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)在天津某鋼廠燒結廠同步電機上的應用。詳述了英威騰高壓變頻在大功率同步電機改造的詳細過程及碰到的問題和解決方案。同時對同步電機高壓變頻改造節(jié)能效果進行了分析。

　　關鍵詞：高壓大功率變頻  同步電機 

一、引言

　　2011年是“十二五”的開局之年，國家對鋼鐵業(yè)的宏觀調(diào)控政策接連不斷出臺，其中最重要的當屬節(jié)能減排，鋼鐵工業(yè)是節(jié)能減排潛力最大的行業(yè)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，鋼鐵行業(yè)的能耗占全國工業(yè)總能耗的15%以上，在節(jié)能減排工作中具有舉足輕重的意義?？梢婁撹F業(yè)是工業(yè)領域眾多高耗能產(chǎn)業(yè)中節(jié)能減排的“重中之重”。

二、項目及系統(tǒng)工藝簡介

　　天津某鋼廠位于天津市津南區(qū)葛沽鎮(zhèn)冶金工業(yè)園區(qū)，是以鋼鐵為主的大型聯(lián)合企業(yè),在中國企業(yè)500強中名列125位，中國制造業(yè)500強第58位，中國黑色冶金及壓延企業(yè)排名第21位，連續(xù)多年列天津市百強民營企業(yè)第1位。

　　天津某鋼廠擁有大型燒結機各四臺，已形成了年生產(chǎn)燒結礦476萬噸，其中200平米燒結機系統(tǒng)中燒結風機和冷卻風機功率較大，分別為5000KW高壓同步機和3500KW高壓同步機， 燒結系統(tǒng)的工藝流程大致如圖1所示，最初設計電機啟動依靠水電阻啟動，而風量調(diào)節(jié)則是采用風門擋板調(diào)節(jié)，經(jīng)過一段時間的運行，發(fā)現(xiàn)采用風門擋板調(diào)節(jié)風量存在著很大的局限性，主要表現(xiàn)在：

　　1.風門擋板調(diào)節(jié)風量改變了風道的阻力特性，而驅(qū)動源電機的輸出功率并沒有改變，節(jié)流損失相當大，電能浪費大。

　　2.風門擋板調(diào)節(jié)風量是把風量消耗在擋風板上，造成擋風板前后壓差大，風門易磨損。

　　3.風機電機全速運行，震動大、噪聲大、損耗大、軸承磨損嚴重。

　  4.調(diào)節(jié)精度低、線性度差，動態(tài)響應慢。

　   5.水電阻只是在電機啟動時起作用，對風機調(diào)節(jié)風量來說還是依靠風門調(diào)節(jié)，電機能耗依然較高，而且水電阻維護量較大。

　　 

　　圖1 燒結系統(tǒng)工藝流程圖

　　針對上述問題，同時為響應國家的節(jié)能減排的政策方針，全面提高公司的運營水平與核心競爭力，天津某鋼廠經(jīng)過多方調(diào)研、比較，最后決定采用深圳市英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的CHH100系列同步機專用高壓變頻器，對其燒結系統(tǒng)5000kW高壓同步機和3500kW高壓同步機進行了變頻改造。

三、現(xiàn)場數(shù)據(jù)

　　本次變頻改造項目為天津某鋼廠燒結廠200平米燒結爐系統(tǒng)中的5000KW燒結風機和3500KW冷卻風機，電機均為上海電機廠有限公司生產(chǎn)的高壓同步電機，參數(shù)如下：

　　表格 1：現(xiàn)場設備參數(shù)調(diào)查表

四、變頻器配置

　　我司根據(jù)現(xiàn)場設備參數(shù)及工藝為客戶選配的兩臺高壓變頻器，技術參數(shù)如下：

　　表格 2：變頻器選型及配置

五、用戶負載情況

　　用戶兩臺高壓同步電機功率分別為5000KW和3500KW，且電機與風機的轉(zhuǎn)軸并不是剛性連接，而是通過蛇形彈簧連接，類似于柔性連接，即通過一個聯(lián)軸器，該聯(lián)軸器的兩端是一個獨立的部分，中間用蛇形彈簧把它拉緊。從控制系統(tǒng)上看，整個電機的負載就變?yōu)榱艘粋€二階慣性環(huán)節(jié), 并且該二階慣性環(huán)節(jié)的阻尼非常小。在控制理論上看，其為一個很容易震蕩的系統(tǒng)。

　　這對變頻器的啟動控制，提出很高的要求。如果控制不好，負載機械產(chǎn)生抖動，而機械的抖動會造成力矩的抖動，同步電機的力矩抖動最終則變成勵磁磁場與轉(zhuǎn)子磁場夾角的震蕩，反應到變頻器上則為電流的震蕩。變頻器電流的震蕩則很容易造成變頻器跳過壓、過流的故障，從而無法正常啟動負載。

　　負載圖示如下：

　　  

　　  

六、變頻系統(tǒng)一次回路改造方案

　　同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由用戶開關、變頻器、旁路柜、同步電機和勵磁柜組成。變頻器通過信號來控制勵磁柜勵磁電流的投切實現(xiàn)同步電機的啟?？刂?，實現(xiàn)同步電機變頻調(diào)速。系統(tǒng)控制示意圖如下所示：

　　

　　圖1 系統(tǒng)控制示意圖

　　變頻調(diào)速系統(tǒng)由用戶開關、手動旁路柜、水阻柜、CHH100系列高壓變頻器、高壓電機組成。手動旁路柜是由三個高壓隔離開關QS1、QS2、QS3組成。電機以變頻方式運行時， QS1、QS2閉合，QS3斷開；電機以工頻方式運行時，QS3閉合， QS1、QS2斷開。手動旁路柜嚴格按照“五防”聯(lián)鎖要求設計，變頻輸出開關QS2和工頻開關QS3互鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運行。

　　在啟動方式的選擇上，采用同步啟動（即變頻器啟動前即投入勵磁電流，使得其直接按照同步機的方式啟動），而不是行業(yè)內(nèi)常用的異步啟動(即變頻器啟動前控制勵磁柜先不投入勵磁電流，依靠阻尼繞組的作用，首先按照異步機的方式啟動電機，在電機啟動后，變頻器再緩緩的增加勵磁電流，當勵磁電流達到一定程度后，則同步機才可以按照同步速運行)。

　　對于同步啟動，啟動環(huán)節(jié)簡單，但是對啟動的控制過程要求很高。而異步啟動恰恰相反。依靠在電機控制領域的豐富經(jīng)驗，英威騰的CHH100高壓變頻器完全支持在如此復雜的負載連接方式的直接同步啟動。

七、高壓變頻器調(diào)試運行情況

　　首先根據(jù)負載的特性，采用勵磁電流與輸出電壓同步調(diào)節(jié)的方式，選擇了適合本電機運行的最優(yōu)勵磁電流、電壓變化曲線，并把該最優(yōu)的勵磁電流曲線直接固化到同步機的勵磁柜上，把電壓曲線采用多點V/F的方式，固化到變頻器的參數(shù)中；然后又采用CHH100變頻器所獨有的同步機抑制震蕩技術，有效的解決了負載啟動不平穩(wěn)，容易抖動，造成電流震蕩的問題，出色的完成了兩臺高壓同步電機的啟動和穩(wěn)定運行，該兩臺CHH100系列高壓變頻器于2011年11月13日投入生產(chǎn)連續(xù)無故障穩(wěn)定運行。

　　調(diào)試完成后，客戶對變頻器的啟停、運行階段的控制，只是調(diào)節(jié)一下輸出頻率，啟停一下而已，并且整個啟停、運行過程都可以在中控室完成，整個過程中也不用關心勵磁柜的調(diào)節(jié)問題，大大降低了啟動階段的工作強度，以及降低了工作的復雜性，提高了生產(chǎn)效率，同時也減少了出錯的可能。

　　

八、節(jié)電分析

　　1) 高壓變頻運行界面：

　　

　　圖3 變頻器運行時人機界面

　　2) 5000KW冷卻風機運行數(shù)據(jù)分析：

　　表格 3：冷卻風機改造前后運行參數(shù)對比

　　　根據(jù)上表數(shù)據(jù)計算得知，5000KW燒結風機節(jié)電率達到39%。該套設備平均每年運行300天以上，每天以24小時計算，電費以0.4元/度計算，年節(jié)約費用高達：300*24*（4111-2508）*0.4=461.7萬元。

　　3） 3500KW冷卻風機運行數(shù)據(jù)分析：

　　表格 4：冷卻風機改造前后運行參數(shù)對比

　　　根據(jù)上表數(shù)據(jù)計算得知， 3500KW冷卻風機節(jié)電率達到24.8%，該套設備平均每年運行300天以上，每天以24小時計算，電費以0.4元/度計算，年節(jié)約費用高達：300*24*（2150.9-2054.1）*0.4=153.6萬元。

　　總體節(jié)能效果顯著，而且性能穩(wěn)定，運行可靠，英威騰產(chǎn)品得到用戶的一致好評。

九、總結

　　變頻器改造，不僅提高設備的安全可靠性，提高了工藝流程的自動化水平，減少事故率，更為企業(yè)節(jié)約降耗提高經(jīng)濟效益作出貢獻，在國家大力倡導節(jié)能減排，減少環(huán)境污染政策的指引下，推廣和使用變頻器必將是降低能源消耗的有力措施。

　　深圳市英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的CHH100系列高壓變頻器在大功率同步電機上的成功投運，標志著英威騰已完全掌握了大功率高壓同步電機的高壓變頻拖動過程的啟停、還有柔性連接時低頻振蕩等行業(yè)難題。

　參考文獻：

　　[1] 《CHH100系列高壓變頻器產(chǎn)品說明書》深圳市英威騰電氣股份有限公司

　　[2]  徐甫榮  《高壓變頻調(diào)速技術工程實踐》中國電力出版社  2012-01出版