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   摘要：介紹高壓變頻器在干熄焦循環風機系統中的應用，可以更精確地調節循環氣體的風量，有利于干熄焦鍋爐的穩定運行。 

   關鍵詞：鋼鐵企業；循環風機；變頻器；調速控制

   Abstract: The application of high voltage inverter in circulating fan system of coke dry quenching is introduced. The air volume could be regulated precisely, which is beneficial to stable operation of the coke dry quenching boiler.

   Keywords: steel enterprise; circulation fan; inverter; speed regulation control; 

   1 引言

    風機類設備是鋼鐵生產行業的耗電大戶,目前主要的控制方式是采用液力耦合器調速,或通過翻板來調節風量,其中蘊藏著巨大的節能空間。采用高壓大功率變頻調速方案,將會產生可觀的經濟效益。對降低噸鋼耗水電指標、節能降耗起到積極作用。

   隨著計算機技術及IGBT等功率器件的飛速發展,高壓大功率變頻器產品已日漸成熟,但是對于不同的工況條件,節能效果上差別很大,不能盲目推廣投運,必須對使用條件和現場工況作細致的研究。

   2 干熄焦循環風機的工藝要求

   干熄焦循環風機是干熄焦氣體循環系統中的關鍵核心設備，為氣體循環提供動力，根據工況調節循環風量，控制排焦溫度及鍋爐入口溫度。在干熄焦氣體循環系統的設計中，循環風機的控制方式一般有2種:循環風機不調速，采用翻板閥門來調節風量;循環風機采用液耦或變頻調速來調節風量。循環風機采用變頻調速技術可以更精確地調節循環氣體的流量，有利于干熄焦鍋爐的穩定運行。

   循環風機工藝技術參數：型號，GXS160；形式，雙吸入離心式風機；容積流量，232000m3/h；壓力，風機全壓13.5kPa，入口靜壓約-4.5kPa；介質密度，0.77kg/m3；轉速，1490r/min。

   高壓電機工藝技術參數：型號，YKK630-4；額定功率，2240kW；額定電壓，6kV；額定電流，248A；額定轉速，1486r/min；功率因數，91%。

   循環風機的風量要求隨著干熄焦系統排焦量的變化而變化，主要目的是穩定系統的排焦溫度及鍋爐入口溫度，風量的調節通過循環風機變頻調速來實現。變頻器控制方式選擇:遠程及本地。當選擇開關打到遠程位置時，控制權交給干熄焦中控室EI系統的后臺上位工控機；當選擇開關打到本地位置時，控制權交給變頻器。正常工作時，循環風機的入口檔板全開，在干熄焦中控室EI系統的上位工控機畫面上給定頻率，控制風機的轉速，調節風量。

   3 變頻調速控制的系統性能特點

   對于2240kW/6.0kV高壓變頻裝置，北京利德華福電氣技術有限公司HARSVERT-A系列高壓變頻器調速系統，可以很好的滿足現場調速要求。該系列變頻采用新型IGBT功率器件，全數字化微機控制，具有以下特點：

（1）高-高電壓源型變頻調速系統，直接3、6、10kV輸入，直接3、6、10kV輸出，無須輸出變壓器。

（2）輸入功率因數高，電流諧波少，無須功率因數補償/諧波抑制裝置。

（3）輸出階梯正弦PWM波形，無須輸出濾波裝置，可接普通電機，對電纜、電機絕緣無損害，電機諧波少，減小軸承、葉片的機械震動，輸出線可以長達1000m。

（4）標準操作面板配置或彩色液晶屏全中文操作界面。

（5）內置PLC，易于改變控制邏輯關系，適應多變的現場需要。

（6）支持Profibus、Modbus、TCP／IP等多種通信協議。

（7）可接受和輸出0～l0V／4～20mA工業標準信號。

（8）直接內置PID調節器，可開閉環運行。

  4 高壓變頻器調速系統原理

  4.1 系統結構

  HARSVERT-A系列高壓變頻調速系統結構見圖1，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6000V有15（或21）個功率單元，每5（或7）個功率單元串聯構成一相。





                   
                                       圖1 高壓變頻調速系統結構圖
 
   4.2 功率單元結構

   每個功率單元結構上完全一致，可以互換，其電路結構見圖2，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋。




                 
                                            圖2 功率單元電路結構  
 
   4.3 輸出側結構

   輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到如圖3所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于設備改造；同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。

   當某一個單元出現故障時，通過使圖2中的繼電器K閉合，可將此單元旁路出系統而不影響其他單元的運行，變頻器可持續降額運行，如此可減少很多場合下停機造成的損失。


                    
                           圖3 高壓變頻調速系統輸出的相電壓階梯PWM波形

   5 設備運行特點

   干熄焦循環風機變頻的投運調試過程順利，投運一次成功。該變頻技術成熟，性能良好，優點主要體現在：

（1）運行穩定，安全可靠。設備自投運以來，一直運行正常，沒出現過故障，并具有免維護的特點，只需定期清洗柜門上的通風濾網。

（2）速度響應及時準確，起停平穩。對電網幾乎無諧波干擾，大大減少了電機的振動和噪音，完全滿足干熄焦氣體循環系統的工藝需求。

（3）變頻器自身保護功能完備，控制器用戶接口電路完善，現場信號接入靈活方便，內部控制連接采用光纖通信技術，具備良好的抗電磁干擾性，可靠性大大提高。

（4）適應電網電壓波動能力強。盡管廠區內電網電壓波動頻繁（電壓波動范圍為5.7～6.3kV），變頻器運行仍穩定正常。

（5）節能效果顯著。根據現場實際運行工況，排焦量在140t/h左右時，系統所需風量約為額定風量的30%，此時變頻器的運行頻率為40Hz。

   參考文獻
 
  [1]潘立慧,魏松波,等.干熄焦技術[M].北京:冶金工業出版社,2005
  [2]李運娥,申凌云,樊震宇,等.變頻調速在電機控制中的應用[J].冶金動力,2008,6:4～6