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圖 1. 如果不能成功起動或鼓風(fēng)機工作不正常，高爐必須降溫且數(shù)天內(nèi)不能使用。
圖 2. 42MW 高爐鼓風(fēng)機：可靠、低維護的全新 H-modyn 系列電機
強勁且起動平穩(wěn)的高爐
為保證高爐運行正常，鼓風(fēng)機必須產(chǎn)生足夠的風(fēng)量，有時可達每小時數(shù)十萬立方米，這就要求驅(qū)動功率達幾十兆瓦。具備最新發(fā)展水平的驅(qū)動設(shè)備由耐用的高壓同步電機和特制的起動變頻器有機結(jié)合而成，這就保證了設(shè)備的滿負(fù)荷生產(chǎn)應(yīng)用。該系統(tǒng)不僅十分可靠，而且與傳統(tǒng)的驅(qū)動設(shè)備相比，其起動時間大為縮短。
位于中國東北地區(qū)的遼寧省鞍山市以其鋼鐵工業(yè)而聞名。鞍山鋼鐵集團在中國鋼鐵公司中排名第三。該公司正進行現(xiàn)代化改造，其中也包括安裝一套新的高爐鼓風(fēng)機。位于瑞士蘇黎世的MAN-Turbomaschinen 公司贏得了該合同，按要求提供和安裝高爐鼓風(fēng) 機。西門子公司為該鼓風(fēng)機提供尖端的驅(qū)動技術(shù)。
出于大風(fēng)量的考慮，要求高爐鼓風(fēng)機的風(fēng)量達到 460000m3/h，這需要 42MW 的額定驅(qū)動功率。在高爐工作時，要求鼓風(fēng)機達到滿負(fù)荷。因為對高爐而言，情況通常是這樣的，每隔大約四到八周當(dāng)高爐檢修后，鼓風(fēng)機才開始起動。在它運行后，就不再要求閉環(huán)速度控制。
而另一方面，這種大型驅(qū)動設(shè)備必須在可控方式下運行，以避免危險的電力或機械負(fù)載高峰。在這種情況下，閉環(huán)速度控制遠優(yōu)于傳統(tǒng)的起動方法。
起動優(yōu)化
由于起動電流會達到所用電機額定電流的 400% 到 500% ，因此幾十兆瓦功率的電機不能直接與市電相接。目前使用的電機其起動電流已高達 2737A。盡管鋼廠供電網(wǎng)的短路額定值較高，但由于峰值電流引起的電壓突降仍會很高。如果將這樣高功率的電機與供電線直接相連，將發(fā)生轉(zhuǎn)矩波動，使鼓風(fēng)機械系統(tǒng)承受更大的負(fù)荷，從而導(dǎo)致過早的磨損甚至毀壞。
在過去，通常選用一些傳統(tǒng)的起動方法以避免這樣的后果。這些起動方法包括：限流電抗器、自耦變壓器和電機發(fā)電機，但啟動時仍需要大約 30-40% 的額定功率。這意味著傳統(tǒng)的起動設(shè)備解決此方面問題仍具有局限性且設(shè)備成本高。這也就是幾年來發(fā)展電子式起動變頻器的原因。
通過在鞍鋼高爐鼓風(fēng)機上裝備起動變頻器，只需一到二分鐘，電機能夠無波動地由起動變頻器供電轉(zhuǎn)向供電線供電。這就降低了供電線和整個機械傳輸線上的壓力。這意味著部件的低耗損和長壽命。同時，起動變頻器極為可靠也是十分重要的。例如，當(dāng)起動未成功 時，將會立即在起動時產(chǎn)生電壓突降，并試圖進行不導(dǎo)致任何損害的新的起動。原因是這種起動方法不會造成轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱應(yīng)力。這是起動變頻器不同于限流電抗器或自耦變壓器起動的地方，在后兩種起動方式下，當(dāng)電機由靜止起動時，電機的運轉(zhuǎn)如同步電機。
使用起動變頻器起動的成功率在 99% 以上，明顯高于傳統(tǒng)的起動方法。這確實是邁向高爐系統(tǒng)實現(xiàn)高利用率和大量節(jié)省成本的決定性一步。原因是避免了傳統(tǒng)起動方法在最壞情況下，如果起動中斷，高爐必須在裝滿料的情況下冷卻下來，從而有 10 天以上的時間不能使用。
協(xié)調(diào)的驅(qū)動系統(tǒng)
在選擇電機和變頻器的最佳組合時，選用了 H-modyn 同步電機和專門為該電機類型設(shè)計的 Simovert S 起動變頻器配套使用，而且被證明特別有效。鞍山鋼廠采用了一種雙極隱極式轉(zhuǎn)子同步電機，它是迄今為止所建造的新型 H-modyn 系列電機中最大的一個。H-modyn 是一種新型的電機系列，它取代了運轉(zhuǎn)良好的 H-moflex 高壓電機。
H-modyn 與具有同種額定值的先前系列的電機一樣耐用、可靠，不需要太多的維護。但它比較輕，整體外形尺寸明顯減小，而且易于維護。所設(shè)計的電機機殼比它的先前產(chǎn)品能更容易固定和安裝。主要接線盒和輔助接線盒安裝在底座上而不是安裝在機殼上。這意味著所有的定子繞組傳感器系統(tǒng)的連接與電機機殼分離，從而使在吊裝電機機殼時而不必卸下任何的電氣連接。
Simovert S 變頻器是為同步電機運行而專門開發(fā)的。Simovert S 是一種晶閘管三相橋式全數(shù)字式電流源型變頻器。它采用多處理器系統(tǒng)處理開環(huán)和閉環(huán)控制。
所有部件，從閉環(huán)控制、電源直到信號匹配和為外部信號設(shè)置的接線板，都以緊湊的方式納入控制柜中。直流母線電抗器和晶閘管模塊集成在功率箱中，只占據(jù)很小的空間。兩個獨立的直流母線的電抗器反向耦合，并且該技術(shù)西門子公司已獲得專利。這種電路結(jié)構(gòu)可采用相當(dāng)小的直流母線電抗器，它只有傳統(tǒng)額定功率電路結(jié)構(gòu)所采用直流母線電抗器的 60%。
歸功于簡單的設(shè)計，Simovert S 變頻器在運行上相當(dāng)可靠，并且?guī)缀醪恍枰S護。對于鞍鋼項目，由兩個 Simovert S 變頻器并聯(lián)，每 個額定功率是 4.5MW，用來提供起動所需的 9MW 功率。
前景
與其中一個鞍鋼高爐鼓風(fēng)機相配套的驅(qū)動系統(tǒng)已于 2003 年 6 月投入使用，第二個驅(qū)動系統(tǒng)也將在不久的將來投入運行。
尤其是對快速發(fā)展的中國鋼鐵工業(yè)諸如鞍鋼這樣的解決方案，其重要性日益凸現(xiàn)。原因在于，無論何地，在中國也一樣隨著市場全球化的發(fā)展，設(shè)備和系統(tǒng)的效率和可利用率變得越來越重要。
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