高压大功率变频器在转炉生产中的应用

一、背景情况 
　 转炉吹炼过程中，炉口会排出大量棕红色的烟气，烟气温度高、含有易燃气体和金属颗粒，对烟气必须冷却、净化，由引风机将其排至烟囱放散或输送到煤气回收系统中备用。每个转炉都配有一套除尘系统，除尘系统采用二级文氏管烟尘净化方式，烟道直径Φ1.8m,烟气输送管线620mm，风机型号D900，电机功率630KW/6KV。由于转炉周期性间断吹氧，为满足节能和环保要求,要求风机在整个炼钢工作周期内变速运行，吹氧时高速运行，不吹氧时低速运行。原来采用液力耦合器调速，高速2700r/min（设计2900r/min），低速800r/min。由于液力耦合器技术的局限性，使得：
　　1. 调速范围在30%～90％之间，转速不稳定；而且，低速800r/min仍然偏高，造成能源浪费，高速运行时，液力耦合器有时丢转，转炉炉口冒烟；
　　2. 经过多年的使用，液力耦合器已严重老化，需经常更换轴承，造成转炉停产，不能满足连续生产的需要。
　　3. 电动机的效率低，损耗大，尤其低速运行时，效率极低； 
　　4. 调节精度低、线性度差，响应慢；
　　5. 启动电流比较大，影响电网稳定；
　　6. 液力耦合器故障时，无法切换至工频旁路运行，必须停机检修；
　　7. 漏油严重，对环境污染大；
　　鉴于液力耦合器存在上述众多问题，对其进行改造已成当务之急。
　　为了提高风机的运行效率，解决使用液力耦合器带来的众多问题，炼钢厂决定进行变频改造。
二、变频器改造方案
　　1. 要求变频器要有高可靠性，长期运行无故障。
　　2. 要求变频器有旁路功能，一旦出现故障，可使电机切换到工频运行。
　　3. 调速范围要大，效率要高。
　　4. 具有逻辑控制能力，可以自动按照吹氧周期升降速。
　　5. 有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘震。
　　经过多方调研、比较，制定了1号转炉除尘风机的变频改造方案，改造方案如下： 
1、设备配置
KM：变频器供电的高压真空断路器
　 KG1、KG2、KG3： 真空接触器
　 BPQ：CSHF-800/06变频器
　 DJ： 630KW/6KV异步电动机。
　 KM为原有高压开关，KG1、KG2、KG3。
　 风机高速运行时，如果变频器出现严重故障，应将电机自动切换到工频电网运行，当前吹炼周期结束后，自动断开KG3，检修变频器，变频器检修完毕后，通过复位按钮，自动返回原变频调速状态。如果在低速运行，则立即断开KG3，开始检修。这样，在变频器出现严重故障时，系统能够自动转入工频电网中，负载不用停机，满足现场不能停机的要求。
2、电机及风机参数
　 电机参数： 　　　　　　　　　　　风机参数：
　 型 号：　　　　　　　　　 型号：D900-13-2
　 额定功率：630KW　　　　　　　　进气容积流量：900m3/min（混合煤气）
　 额定电压： 6KV　　　　　　　　　 压力增加值： 2600mmH2O
　 额定频率： 50Hz　　　　　　　　 进气温度： 35℃
　 额定电流：64A　　　　　　　　　 主轴转速： 2975rpm
　 额定功率因数：0.89　　　　　　　 轴功率： 540kw
　 额定效率： 92.5% 
　 额定转速： 2970rpm
3、除尘风机工艺要求
1）吹炼工艺周期
A到B为兑铁加废钢时间。
　　B到C为风机升速时间，可以调节。
　　C到D为吹氧时间。
　　D点风机开始减速。
　　D到E为倒炉测温取样时间。
　　E到F为出钢时间。
　　F到G为溅渣时间。
　　整个吹炼工艺周期约23分钟，其中高速时间（C到D）13分钟。高速定为45Hz,可以调节；低速定为5Hz,可以调节。
2）变频器和现场接口
　　在B点，由现场提供一对闭合节点（氮氧转换点），变频器从低速向高速启动。在C点，变频器到达高速后，给现场提供一对闭合节点（高速状态节点），以便现场操作工进行下氧枪工作。在D点，现场向变频器提供另一对闭合节点（风机减速点），变频器开始降速，降速时间不作具体要求，但在减速过程中如果需要提速，变频器应能满足提速要求。
　　风机转速、氮氧切换节点、氧枪位置节点三者满足如下关系：
现场提供给变频器的两对节点（氮氧转换点、风机减速点）及变频器提供给现场的高速状态节点均为无源节点，具有/30VDC或0.8A/230VAC的容量。
3）变频器技术指标
　　输入电压 　　　　　　　　　　三相交流有效值 6.3KV±10％
　　输入频率 　　　　　　　　　　50±5Hz
　　输出电压 　　　　　　　　　　三相正弦波电压0-6KV
　　输出频率 　　　　　　　　　　0-50Hz
　　频率分辨率 　　　　　　　　　0.01HZ
　　加速时间 　　　　　　　　　　可按工艺要求设定
　　减速时问 　　　　　　　　　　可按工艺要求设定
　　频率设定方式 　　　　　　　　高低两级速度，可在0-50Hz范围内调整
　　故障诊断及检测 　　　　　　　自动检测，自动定位
　　网侧功率因数 　　　　　　　　0．95（高速时）
　　过载保护 　　　　　　　　　　120％l分种（每10分钟）、150％立即保护
　　防护等级 　　　　　　　　　　IP20
　　环境温度 　　　　　　　　　　0-40℃
　　环境湿度 　　　　　　　　　　90%,无凝结
　　海拔高度 　　　　　　　　　　1000米以下 
三、设备运行情况
　　2006年底定购了我公司一台高压变频器，型号为CSHF-800/06，2007年1月16日变频器正式投入使用。
　　1、同原来使用液力耦合器比较，湖南中科电气有限公司生产的高压变频器有以下优点：
运行稳定，安全可靠。原来使用液力耦合器须经常更换轴承，每次需停炉半天左右，带来的巨大的经济损失。湖南中科电气有限公司生产的变频器具有免维护的特点，只需定期更换柜门上的通风滤网，不用停机，保证了生产的连续性。
　　2、节能效果显著，大大降低了吨钢电耗。
　　3、电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，降低了电机的故障次数。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机长期在共振点运行，使风机工作平稳，风机轴承磨损减少，延长了电机、风机的使用寿命和维修周期，提高了风机的利用率。
　　4、变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电机的保护。在变频器调试期间，变频器自动保护，报电机过流。经检查发现电动机有一相线鼻子发生断裂，电机缺相运行，造成过流。我们及时进行了检修，避免了事故的扩大化。
　　5、变频器同现场信号无缝接口，满足生产的需要。变频器内置PLC，现场信号接入灵活。转炉为变频器提供一对高速、低速节点，变频器按照节点的状态自动高速、低速往复运行；将以前仪表柜中的转炉的烟气流量、烟气温度信号接入变频器，把仪表柜拆除，大大节约了场地。变频器自带转速测定，原来同电机相连的测速器也被取消，由变频器为现场直接提供电机转速指示，
　　6、适应电网电压波动能力强。
　　7、同液力耦合器比较，在加速期间大大减小了噪声，削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承，减少了机油对环境的污染，使风机房的现场环境有了极大改善。
四、结束语
　　从几个月的运行情况来看，湖南中科电气有限公司生产的CSHF-800/06高压大功率变频器性能好，可靠性高，节能效果明显，满足连续生产对调速系统的要求。