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冶金行業(yè)屬于高耗能行業(yè)，大功率電機數(shù)量多，常年工頻運行導致能源浪費嚴重。高爐鼓風機的變頻改造不僅能夠解決大功率電機的啟動問題，顯著節(jié)能，而且能夠改善運行工藝，達到多重改造效果，經(jīng)濟效益及社會效益顯著，但方案的設計上一定要遵從安全可靠的原則。

本方案通過HD9X系列高壓變頻器無擾切換改造高爐鼓風機，保證啟動沖擊電流在電機額定電流0.3-0.6倍以內，解決高爐啟動對整個電網(wǎng)沖擊的問題。

一、技術要求：

高爐鼓風機是高爐系統(tǒng)中最重要的動力設備，上圖為整個高爐的系統(tǒng)圖。現(xiàn)代大、中型高爐系統(tǒng)中所用的鼓風機，大多用汽輪機驅動的離心式鼓風機和軸流式鼓風機。高爐鼓風機的運行可靠性關系著整個高爐生產(chǎn)，一般情況下在高爐正常生產(chǎn)過程中如果高爐鼓風機意外停機將導致嚴重的安全生產(chǎn)事故，經(jīng)濟損失少則幾十萬，多則上百萬。

高爐鼓風機為整個高爐系統(tǒng)中功率最大的負載，其耗電量巨大，而且目前很多采用水阻柜啟動加風門調節(jié)的方式啟動和調節(jié)鼓風機的出口壓力，能量浪費嚴重。變頻改造逐漸進入廠家的視野，但對變頻調速系統(tǒng)的可靠性提出了很高的要求：啟動前必須將其它大功率負荷進行停機保證電網(wǎng)容量能經(jīng)受啟動沖擊電流，由于鋼廠高爐不斷擴容，電網(wǎng)預留每個鋼廠總進線負荷是有限的，所以要求高爐鼓風啟動沖擊電流必須在合理范圍。

二、項目概況

河北邯鄲某鋼鐵企業(yè)一煉鐵廠5#高爐容量是1080m3，采用由陜鼓提供的AV63-14軸流風機對高爐供風，其中電網(wǎng)容量分配到5#高爐母線的電源負荷為1300A ，但是電機額定電流1072A，要求高爐鼓風機啟動時候沖擊電流必須控制在額定電流范圍以內。現(xiàn)場改造前有一臺第三方大功率變頻器，考慮成本問題決定使用匯川無擾切換系統(tǒng)和第三方變頻器組成1080m3高爐無擾切換系統(tǒng)。

1080m3高爐鼓風機系統(tǒng)配置如下：

2.1電機參數(shù)

2.2齒輪參數(shù)

2.3風機參數(shù)

2.4變頻器參數(shù)

2.5無擾切換系統(tǒng)

三、系統(tǒng)方案

3.1系統(tǒng)一次圖

圖2：系統(tǒng)一次圖

控制邏輯說明： 

1) 首先將用戶開關柜QF合閘，將電源送到變頻器進線柜QF1和運行柜QF3上端。

2) 在第三方變頻器合閘允許后，通過風機控制系統(tǒng)DCS發(fā)出變頻器柜QF1進行合閘命令，變頻器準備就緒。

3) 匯川無擾切換系統(tǒng)檢測到變頻器輸入電壓正常再發(fā)出變頻出線柜QF2合閘指令。

4) 匯川無擾切換系統(tǒng)自檢完成后將準備就緒信號上傳到風機控制系統(tǒng)DCS，高爐鼓風機啟動過程電氣部分條件具備。

5) 風機控制系統(tǒng)DCS通過對機組是否準備啟動條件進行判斷，條件具備后，給出啟動變頻器命令，匯川無擾切換系統(tǒng)實時鎖頻鎖相，變頻器驅動M1達到工頻50Hz狀態(tài)，鎖頻鎖相成功后發(fā)出解鎖信號將QF2與QF3互鎖信號解除。

6) 通過對輸入輸出電壓頻率、相位、幅值進行實時檢測，在滿足切換條件時，依次給出QF3合閘命令，變頻停機和QF2分閘命令。電機就從變頻器驅動狀態(tài)平滑切換到工頻狀態(tài)。風機機組在軟啟過程中只要機組不具備條件，風機控制系統(tǒng)DCS就會發(fā)出停機命令保證系統(tǒng)安全。

3.2技術難點

同步切換過程中需要準確檢測電網(wǎng)與變頻器輸出電壓的幅值、頻率、相位等，任何一個不準確的數(shù)值均將導致切換不成功，或者切換過程沖擊電流非常大，拉垮電網(wǎng)；該切換過程存在的技術難點體現(xiàn)如下：

1) 變頻器輸出電壓的相序與電網(wǎng)輸入側的相序一致性判斷。這種問題導致結果將比較嚴重：①工藝不允許，比如說像空壓機或者轉爐的應用現(xiàn)場，絕對不允許電機反轉，易造成事故；②工藝允許的情況下，相當于一個正轉的電機突然50Hz反轉，對電機軸承的傷害比較大；匯川變頻器無載測試的過程中，即變頻器不連接電機時在觸摸屏上進行相位讀取，從而判斷相位的正確性；

2) 切換時工變頻電壓相位檢測對比。如果在沒有判斷工變頻電壓的頻率、相位、幅值的情況下，直接切換（硬切換）的話，對電網(wǎng)的沖擊電流會很大，甚至達到16倍沖擊電流，直接拉垮電網(wǎng)。匯川切換過程中實時檢測工變頻電壓的頻率、相位和幅值，三個指標均滿足切換要求才進行切換，保證無沖擊；

四、HD9X變頻改造優(yōu)勢

1) 隨著生產(chǎn)規(guī)模擴大用電量需求增加，原來電網(wǎng)預留負荷不足以支撐目前的用電量。協(xié)調電網(wǎng)進行擴容不僅流程長投資成本也大，所以要求擴建項目大型設備啟動必須控制在額定電流范圍以內。HD9X變頻改造使啟動沖擊電流在額定電流范圍內，一般在0.3~0.6電機額定電流。

2) 對進線母線負荷要求小，啟動前不用協(xié)調其它大型設備停機從而調整進線負荷來啟動高爐鼓風機。

3) 變頻器做軟啟時可以連續(xù)多次啟動，對電機、機械、電網(wǎng)沖擊都很小。而水阻、固態(tài)軟啟啟動必須留有時間間隔，直接影響其它大型設備正常運行。

4) 水阻、固態(tài)軟啟啟動只有在調整合理情況下才能將啟動電流控制在3倍左右，這樣就要求上級進線變壓器容量要加大，投資成本會提高、電網(wǎng)收費標準也會變高。

5) 同樣功率電機如果采用水阻、固態(tài)軟啟是按照電機額定容量來配置的，那么采用變頻器做軟啟只需電機額定容量0.3倍即可，投資成本相差不多。從性能上來講，變頻無擾切換方案比水阻、固態(tài)軟啟更加有優(yōu)勢。

6) 延長電機及負載的使用壽命：變頻改造真正實現(xiàn)了電機及負載的軟啟動，減小了沖擊，能夠有效延長其使用壽命，之前客戶每次啟動此電機都非常麻煩，需要停掉所有用電設備，而現(xiàn)在可以隨意進行電機的啟動，而且現(xiàn)場電機使用軸瓦，也有效的減小了啟動時對軸瓦的沖擊；

五、現(xiàn)場應用照片

圖3：現(xiàn)場負載

圖4：電機銘牌

圖5：軸流風機型銘牌