摘 要：本文結合青鋼高爐煉鐵生產的實際工況，介紹了西門子單元串聯多電平高壓大功率變頻器在該廠750m高爐除塵風機中的應用，給出了變頻器的工作原理等。運行表明，該變頻器的投入節約了能源，提高了工作效率。

關鍵詞：高壓變頻器；單元串聯多電平逆變器；遠程監控系統；節能

Application of Robicon High-voltage Frequency Converter in the Blast Furnace Production of Qingdao Iron an d Steel Group

YANG Qing ZHANG Wen-wu GAO De-xin WANG Yi—long （1．Department of Computer Engineering，Qingdao Technological University Qindao College，Qingdao 266106； 2．College of Information Science and Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266071； 3．College of Automation and Electronic Engineering，Qingdao University of Science＆Technology，Qingdao 266042）

Abstract：According to the actual situation of iron making in blast furnace in Qingdao Steel，the authors introduce the application of Siemens—Robicon series unit＆ multilevel high-voltage frequency converter in dust blower of 750 m3 blast furnace．with theworking principle of this frequency converter provided．The results of operation show that the application of the frequency converterhas improved the production efficiency and saved energy ．

Keywords：High-vohage Frequency Converteg Scries-unit＆Multi-level Inverter,Remote Monitor and Control System；Energy saving

1引言

青鋼煉鐵廠445m3的3#高爐于2000年建成，現已運行8年。鑒于高爐工作時間較長，且出鐵過程中爐口會排放大量紅棕色煙氣，一方面對環境造成污染，另一方面原運行方式為電機工頻運行，通過調節風門的出口擋板開度來調節風量以滿足煉鐵工藝，大量電能在閥門上白白浪費。為解決這個突出問題，降低能源消耗，廠方決定對新高爐的除塵風機實施調速改造。

2 對高壓變頻器的技術要求及改造方案

除塵風機是除塵凈化系統的動力中樞，一旦除塵風機不能正常運行，不但影響生產，造成巨大的經濟損失，還有可能威脅到現場生產人員的人身安全；另外，調速系統工作的環境比較惡劣，同時高爐又周期性地出鐵。所以，和除塵風機配套的高壓變頻調速系統，要求具有極高的可靠性?；谝陨瞎ぷ魈攸c，對變頻調速系統的主要技術要求如下：

1）中文操作界面。

2）具有高可靠性，長期運行無故障。

3）具有旁路功能，一旦出現故障，可使電機切換到工頻運行。

4）調速范圍大，效率高。

5）具有邏輯控制能力，可以自動按照吹氧周期升降速。

6）具有共振點跳轉設置，能使電機避開共振點運行，讓風機不喘振。

7）具有遠程上位機監控功能。

經過多方調研，比較，最后煉鐵廠采用了西門子的羅賓康無諧波高壓變頻器，制訂改造方案如下：

2.1 設備配置

系統旁路開關柜為一拖一手動旁路系統f用于變頻，工頻切換）原理是由3個高壓隔離開關QS1，QS2和QS3組成，見圖1。要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。為了實現變頻器故障的保護，變頻器對用戶開關QF進行連鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開Qr"，要求用戶對QF的合分閘電路進行適當改造。工頻旁路時，變頻器應允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。QF：廠方高壓真空斷路器f為變頻器提供6KV高壓電）QS1，QS2，QS3：手動隔離刀閘BPQ：HARSVERT—A06／085變頻器M：630KW／6KV異步電動機。

2.2 電機及風機參數

電機參數

風機參數

型號：YKK560—10

額定流量：410000m3/h

額定功率：630KW

主軸轉速：595rpm

額定電壓：6KV

軸功率：630KW

額定頻率：50Hz

額定電流：82.9A

額定轉速：595rpm

2.3 除塵風機工藝要求

1）出鐵工藝周期除塵風機在不出鐵時，只需要很低的轉速（甚至為零），根本不需要滿負荷運轉。利用高壓變頻器根據實際需要對除塵風機進行變頻運行，既保證和改善了工藝，又達到節能降耗的目的和效果。整個出鐵工藝高速時間約45分鐘，高速定為50Hz（可以調節）；低速定為0Hz（可以調節）。

2）監控和操作采用高壓變頻調速系統對除塵風機進行高壓變頻改造具體實現過程如下：變頻器操作可以在本機控制，也可以遠程操作。變頻器包括一臺內置的PLC，用于柜體內開關信號的邏輯處理，以及與現場各種操作信號和狀態信號（如RS48S）的協調，并且可以根據用戶的需要擴展控制開關量，增強了系統的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機或操作臺進行操作，出鐵時，變頻器高速運行，不出鐵時，變頻器低速運行（甚至不運行）?？梢愿鶕r需要自由設定，完全可以滿足工藝要求。

上位機：可以通過上位機進行遠程監控，一方面便于用戶隨時了解設備運行情況，另一方面，也利于設備的遠程診斷和維護，故障問題可以及時得到解決。

3 羅賓康無諧波高壓變頻器原理

無諧波高壓變頻采用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出。該變頻器具有對電網諧波污染極小，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發熱、轉矩脈動、噪音、dr／dr及共模電壓等問題的特性，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，包括國產電機。高壓變頻器的系統圖如下：

6KV電網電壓經過副邊多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電，功率單元為三相輸入、單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結構，實現變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。以6KV輸出電壓等級為例，每相由6個額定電壓為630V的功率單元串聯而成，輸出相電壓達3780V，線電壓達6．6KV，每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，實現多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的。對于6KV電壓等級變頻而言，就是36脈沖的整流電路結構，輸入電流波形接近正弦波。由于輸入電流諧波失真很低，變頻器輸入的綜合因數可達到0．95以上。下圖為該變頻器的輸入電壓、電流。

逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術，6KV輸出相當于l3電平，輸出電壓非常接近正弦波，dv／dt很小。電平數的增加有利于改善輸出波形，由諧波引起的電機發熱，噪音和轉矩脈動都大大降低，所以這種變頻器對電機沒有特殊要求，可直接用于普通異步電機，不需要輸出濾波器。下圖為變頻器輸出電壓電流波形。

與采用高壓器件直接串聯的變頻器相比，由于不是采用傳統的器件串聯的方式來實現高壓輸出，而是采用整個功率單元串聯，器件承受的最高電壓為單元內直流母線的電壓，可直接使用低壓功率器件，器件不必串聯，不存在器件串聯引起的均壓問題。功率單元中采用的低壓IGBT功率模塊，驅動電路簡單，技術成熟可靠。功率單元采用模塊化結構，同一變頻器內的所有功率單元可以互換，維修也非常方便。這一系列變頻器目前正在全世界得到廣泛應用。

4 設備運行情況

同原來老高爐除塵風機比較，引進西門子生產的高壓變頻器有以下優點：

1、運行穩定，安全可靠。

2、節能效果顯著，大大降低了電耗。

3、電動機實現了真正的軟啟動，軟停運，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，降低了電機的故障次數。同時，變頻器設置共振點跳轉頻率，避免了風機長期在共振點運行，使風機工作平穩，風機軸承磨損減少，延長了電機，風機的使用壽命和維修周期，提高了風機的利用時率。

4、變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電機的保護。

5、變頻器同現場信號無縫接口，滿足生產的需要。變頻器內置PLC，現場信號接入靈活。變頻器自帶轉速和電流測定，可以為現場直接提供電機轉速及電流指示。

6、適應電網電壓波動能力強，有時電網電壓高達6．6KV，變頻器仍能正常運行。

5 結束語

該高壓變頻器在煉鐵廠高爐除塵風機的調速改造中應用是相當成功的，取得了相當顯著的節能效果。由于該系列變頻器的先進性、可靠性已得到許多工業應用的證實，所以在許多高壓大功率的輔機設備中具有推廣價值。

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