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攀鋼提釩煉鋼廠 孫鵬
摘要：本文綜述了高壓變頻器的性能特點及系統(tǒng)原理，從節(jié)能、高效、環(huán)保等方面分析了高壓變頻器在攀鋼提釩煉鋼廠中大慣量高壓除塵風(fēng)機的應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
關(guān)鍵詞：高壓變頻器 提釩煉鋼 低損耗絕緣柵雙極型晶閘管（IGBT） 脈沖寬度調(diào)制（PWM）
一、前言
時光荏苒，斗轉(zhuǎn)星移。彈指間，攀鋼提釩煉鋼廠的大方坯連鑄、兩座新轉(zhuǎn)爐以及除塵系統(tǒng)拔地而起，無不成為每個煉鋼廠人的驕傲，尤其是除塵系統(tǒng)的新建與改造，對大慣量高壓除塵風(fēng)機的運行要求很高。因此，我廠采用了國內(nèi)外五大公司的高壓變頻技術(shù)，包括北京利德華福電氣技術(shù)有限公司、東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司、美國羅克韋爾公司、美國羅賓康公司、法國阿爾斯通公司，分別使用的高壓變頻器有：HARSVERT-A（4臺）、DHVECTOL-DI03000/06B（1臺）、Power Flex7000(3臺)、NBH（1臺）、ALSPA MD2000（2臺），這五種高壓變頻器已成為攀鋼提釩煉鋼廠除塵系統(tǒng)中的一道風(fēng)景線，許多企業(yè)都來此參觀。其中，北京利德華福高壓變頻器（HARSVERT-A）的應(yīng)用最為廣泛，主要用于攀鋼提釩煉鋼廠的6#、7#轉(zhuǎn)爐的二次高壓除塵風(fēng)機（功率1600kW）；4#、5#轉(zhuǎn)爐一次高壓除塵風(fēng)機（功率1400kW）的變頻調(diào)速。
二、HARSVERT-A高壓變頻器的系統(tǒng)原理及特點
1、高壓變頻器功率單元結(jié)構(gòu)原理 功率單元結(jié)構(gòu)原理（圖1），是由二極管整流的三相全控橋、低壓絕緣柵雙極型晶閘管（IGBT）逆變橋、電容器組等元件組成的控制回路，為基本的交-直-交單相逆變電路，通過對IGBT逆變橋進行正弦脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制，可得到功率單元輸出的PWM波形（圖2）。每個功率單元結(jié)構(gòu)一致，可以互換，而且當(dāng)某個功率單元出現(xiàn)故障時，封鎖該功率單元IGBT的觸發(fā)信號，然后讓旁路SCR導(dǎo)通，將這個功率單元隔離出去，而不影響其他功率單元的運行，減少除塵風(fēng)機停機造成的經(jīng)濟損失，正好適應(yīng)了攀鋼提釩煉鋼廠的生產(chǎn)節(jié)奏。
圖1 功率單元結(jié)構(gòu)原理
圖2 功率單元輸出的PWM波形
2、高壓變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
HARSVERT-A高壓變頻器屬于“高-高”電壓源型變頻器，由移相變壓器、功率單元、控制器、工控機、內(nèi)置PLC（S7-200）、液晶觸摸屏、外部接口、溫控器、檢測裝置、報警裝置等設(shè)備組成（圖3）。輸入側(cè)由移相變壓器給每個功率單元供電，移相變壓器的閥側(cè)繞組分為三相（A、B、C三相），構(gòu)成30脈沖整流方式，采用多級移相疊加的整流方式使負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為0.96（﹥20％負(fù)載）接近1，可大幅度改善網(wǎng)側(cè)的電流波形。輸出側(cè)由每個功率單元的U、V相輸出端子相互串聯(lián)而成星型接法給電機供電，通過對每個功率單元的PWM波形進行重組，可得到階梯PWM波形（圖4），這種波形接近于標(biāo)準(zhǔn)正弦波，無須輸出電抗器濾波，可減少對電機和電纜的絕緣的損壞，對輸出電纜的長度無特殊的要求。
圖3 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖4 階梯PWM波形
3、高壓變頻器的電壓疊加原理
移相變壓器的閥側(cè)繞組分為A、B、C三相，每相上有5個功率單元串聯(lián)，共15個功率單元，每個功率單元的相電壓為690VAC，每相的相電壓為：V相=690×5=3450VAC，那么其線電壓為：V線= V相= ×3450≈6000VAC（圖5）。
圖5 高壓變頻器的電壓疊加原理
4、高壓變頻器工頻旁路結(jié)構(gòu)
工頻旁路是在高壓變頻器出現(xiàn)故障時為保證生產(chǎn)繼續(xù)進行，所采用直接工頻啟動電機的一種啟動方式。攀鋼提釩煉鋼廠采用了一帶一手動旁路（圖6）和自動旁路（圖7）兩種形式。工頻旁路系統(tǒng)的使用，避免了因變頻器故障而造成高壓除塵風(fēng)機停機所帶來的影響，確保了攀鋼提釩煉鋼廠生產(chǎn)順利進行，使攀鋼提釩煉鋼廠的安全環(huán)保事業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。   圖6 一帶一手動旁路 圖7 自動旁路
三、HARSVERT-A高壓變頻器與電流源高壓變頻器的比較
攀鋼提釩煉鋼廠現(xiàn)使用的高壓變頻器有HARSVERT-A高壓變頻器（電壓源型）和其他電流源型高壓變頻器，他們之間的比較見（表1）。根據(jù)現(xiàn)場情況和維護人員的反映，認(rèn)為HARSVERT-A高壓變頻器操作簡單，維護方便。從（表1）中亦可看出。
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HARSVERT-A高壓變頻器 |
電流源型高壓變頻器 |
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輸入功率因數(shù)高 |
輸入功率因數(shù)低，需功率因數(shù)補償 |
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對電網(wǎng)無諧波污染 |
對電網(wǎng)有諧波污染，需諧波抑制器 |
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適用普通電機 |
不適用普通電機 |
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控制電源掉電不停機 |
控制電源掉電立即停機 |
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可一帶多運行 |
不能一帶多運行 |
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不能四象限運行 |
可四象限運行，適用于制動場合 |
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模塊串聯(lián)，可靠性高 |
存在器件串聯(lián)均壓問題，可靠性低 |
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中文界面操作簡單、穩(wěn)定 |
中文界面操作簡單、不穩(wěn)定 |
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系統(tǒng)軟件有時出現(xiàn)故障，易處理 |
系統(tǒng)硬件有時出現(xiàn)故障，不易處理 |
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維護人員易掌握處理故障的方法 |
維護人員不易掌握處理故障的方法 |
表1 HARSVERT-A高壓變頻器與電流源型高壓變頻器的比較
四、使用HARSVERT-A高壓變頻器后的優(yōu)越性
1、節(jié)能方面
以4#、5#轉(zhuǎn)爐為例，每座轉(zhuǎn)爐公稱容積為120T，平均鐵水裝入量為120T，最大鐵水裝入量為140T，最大爐氣量為60000Nm3/h，吹煉時間為10min，冶煉周期為20min，爐氣含塵量為80g/Nm3--120g/Nm3，風(fēng)機升壓為19000Pa，風(fēng)機額定轉(zhuǎn)速為1480rpm,電機電壓為6kV，電機功率為1400kW。轉(zhuǎn)爐的冶煉工藝從圖8中可看出，A點到B點為兌鐵加廢鋼時間2分鐘，B點到C點為風(fēng)機升速時間1分鐘，C點到D點為吹煉時間10分鐘，D點風(fēng)機開始減速，D點到E點為測溫取樣時間1分鐘，E點到F點為倒渣出鋼時間5分鐘，F(xiàn)點到G點為倒殘渣時間1分鐘。整個轉(zhuǎn)爐的冶煉周期為20分鐘，在C點到D點吹煉時變頻器以高速35Hz運行，其它階段變頻器以低速18Hz運行。以前沒有采用高壓變頻器時，在整個轉(zhuǎn)爐的冶煉階段都是工頻50Hz運行，4#、5#轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機月耗電量約為1680000kW·h，而使用了高壓變頻器后，4#、5#轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機月耗電量約為1050000 kW·h，根據(jù)電費0.55元/度計算，每月可節(jié)約電費約34.6萬元。
圖8 4#、5#轉(zhuǎn)爐冶煉工藝簡圖
2、增效方面
使用了高壓變頻器后，除塵風(fēng)機根據(jù)冶煉工藝處于較低頻率下運行，電流很��；另外實現(xiàn)了軟啟動，避免了啟動瞬間大電流對電機和電網(wǎng)的沖擊，減少了對風(fēng)機軸承、葉輪的磨損；而且也減少了風(fēng)機換轉(zhuǎn)子的次數(shù)，每月可增加冶煉時間5小時，按每爐鋼120T，冶煉周期為20min/爐，每噸鋼200元利潤計算如下：
每月可多產(chǎn)鋼：
5×60÷20=15（爐）
每爐鋼按120噸計算，可多產(chǎn)鋼：
120×15=1800（噸）
每噸鋼按200元計算，每月可創(chuàng)效益：
1800×200=36（萬元）
五、結(jié)論
利德華福高壓變頻器（HARSVERT-A）在攀鋼提釩煉鋼廠已運行了幾個月，其性能穩(wěn)定，節(jié)能明顯，大大提高了除塵系統(tǒng)的工作能力，改善了工作環(huán)境，提高了生產(chǎn)率，對安全環(huán)保事業(yè)的發(fā)展起到了一定的作用。因此，高壓變頻器在除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用是不可缺少的，在同行業(yè)中有很好的推廣性！
參考文獻
1、電工技術(shù)學(xué)報，2006，06：29-31
2、模擬電子技術(shù)，1994，04：429-446
3、攀鋼提釩煉鋼廠脫硫提釩一、二次煙氣除塵技術(shù)，2005，08：9-11
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