HARSVERT-A高壓變頻器的特點、原理及在除塵系統中的應用

2020-12-05 電子發燒友

HARSVERT-A高壓變頻器的特點、原理及在除塵系統中的應用

孫鵬 發表於 2020-12-01 10:10:35

一、前言

時光荏苒，鬥轉星移。彈指間，攀鋼提釩煉鋼廠的大方坯連鑄、兩座新轉爐以及除塵系統拔地而起，無不成為每個煉鋼廠人的驕傲，尤其是除塵系統的新建與改造，對大慣量高壓除塵風機的運行要求很高。因此，我廠採用了國內外五大公司的高壓變頻技術，包括北京利德華福電氣技術有限公司、東方日立（成都）電控設備有限公司、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）、PowerFlex7000（3臺）、NBH（1臺）、ALSPAMD2000（2臺），這五種高壓變頻器已成為攀鋼提釩煉鋼廠除塵系統中的一道風景線，許多企業都來此參觀。其中，北京利德華福高壓變頻器（HARSVERT-A）的應用最為廣泛，主要用於攀鋼提釩煉鋼廠的6#、7#轉爐的二次高壓除塵風機（功率1600kW）；4#、5#轉爐一次高壓除塵風機（功率1400kW）的變頻調速。

二、HARSVERT-A高壓變頻器的系統原理及特點

1、高壓變頻器功率單元結構原理

功率單元結構原理（圖1），是由二極體整流的三相全控橋、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迴路，為基本的交-直-交單相逆變電路，通過對IGBT逆變橋進行正弦脈衝寬度調製（PWM）控制，可得到功率單元輸出的PWM波形（圖2）。每個功率單元結構一致，可以互換，而且當某個功率單元出現故障時，封鎖該功率單元IGBT的觸發信號，然後讓旁路SCR導通，將這個功率單元隔離出去，而不影響其他功率單元的運行，減少除塵風機停機造成的經濟損失，正好適應了攀鋼提釩煉鋼廠的生產節奏。

2、高壓變頻器的系統結構

HARSVERT-A高壓變頻器屬於「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、內置PLC（S7-200）、液晶觸控螢幕、外部接口、溫控器、檢測裝置、報警裝置等設備組成（圖3）。輸入側由移相變壓器給每個功率單元供電，移相變壓器的閥側繞組分為三相（A、B、C三相），構成30脈衝整流方式，採用多級移相疊加的整流方式使負載下的網側功率因數為0.96（﹥20％負載）接近1，可大幅度改善網側的電流波形。輸出側由每個功率單元的U、V相輸出端子相互串聯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），這種波形接近於標準正弦波，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。

3、高壓變頻器的電壓疊加原理

移相變壓器的閥側繞組分為A、B、C三相，每相上有5個功率單元串聯，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：

4、高壓變頻器工頻旁路結構

工頻旁路是在高壓變頻器出現故障時為保證生產繼續進行，所採用直接工頻啟動電機的一種啟動方式。攀鋼提釩煉鋼廠採用了一帶一手動旁路（圖6）和自動旁路（圖7）兩種形式。工頻旁路系統的使用，避免了因變頻器故障而造成高壓除塵風機停機所帶來的影響，確保了攀鋼提釩煉鋼廠生產順利進行，使攀鋼提釩煉鋼廠的安全環保事業持續穩定發展。

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）。根據現場情況和維護人員的反映，認為HARSVERT-A高壓變頻器操作簡單，維護方便。從（表1）中亦可看出。

四、使用HARSVERT-A高壓變頻器後的優越性

1、節能方面

以4#、5#轉爐為例，每座轉爐公稱容積為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，風機升壓為19000Pa，風機額定轉速為1480rpm，電機電壓為6kV，電機功率為1400kW。轉爐的冶煉工藝從圖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點為風機升速時間1分鐘，C點到D點為吹煉時間10分鐘，D點風機開始減速，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點到G點為倒殘渣時間1分鐘。整個轉爐的冶煉周期為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。以前沒有採用高壓變頻器時，在整個轉爐的冶煉階段都是工頻50Hz運行，4#、5#轉爐一次除塵風機月耗電量約為1680000kW？h，而使用了高壓變頻器後，4#、5#轉爐一次除塵風機月耗電量約為1050000kW？h，根據電費0.55元/度計算，每月可節約電費約34.6萬元。

2、增效方面

使用了高壓變頻器後，除塵風機根據冶煉工藝處於較低頻率下運行，電流很小；另外實現了軟啟動，避免了啟動瞬間大電流對電機和電網的衝擊，減少了對風機軸承、葉輪的磨損；而且也減少了風機換轉子的次數，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：

每月可多產鋼：5×60÷20=15（爐）

每爐鋼按120噸計算，可多產鋼：120×15=1800（噸）

每噸鋼按200元計算，每月可創效益：1800×200=36（萬元）

五、結論

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，其性能穩定，節能明顯，大大提高了除塵系統的工作能力，改善了工作環境，提高了生產率，對安全環保事業的發展起到了一定的作用。因此，高壓變頻器在除塵系統中的應用是不可缺少的，在同行業中有很好的推廣性！

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