高压变频器在高炉风机、水泵中的应用.doc

高压变频器在高炉风机、水泵中的应用【摘要】风机、水泵是炼铁厂的用电大户，结合现代高新技术，利用新工艺，采用北京动力源科技股份有限公司的HINV系列高压变频器，大大节约了风机、水泵的用电量，提高了设备的功率因素，降低了运行的成本。【关键词】风机 水泵 高压变频器1831.前言威钢公司炼铁厂风机、水泵装机容量约为48MW，由于全部采用的是全压启动方式，启动电流大，加速了电气设备绝缘老化程度，过大的起动转矩产生机械冲击，对被带动的设备造成大的冲击力，缩短了机械设备使用寿命，影响精确度。如使联轴器损坏等，由于启动时的电压波动，更对其余电气设备造成了影响。我厂经过技术经济比较，采用北京动力源科技股份有限公司的HINV系列高压变频器，在我厂动力水泵房、4#高炉炉前除尘及喷煤风机等7台设备中得到了很好的应用。2.高压变频器的系统组成和原理由电机转速公式可知 : n=60f(1-s)/p其中: s转差率n转子实际转数(r/min) f电流频率 p电机的极对数可见，只要改变电机的频率f，就可以实现电机的转速调节。高电压大功率变频器通过控制IGBT(绝缘栅双极型电力场效应管)的导通和关断，使输出频率连续可调。而且是随着频率的变化，输出电流、电压、功率都将发生变化，即负荷大时转速大，输出功率大，负荷小时转速小，输出功率也小。HINV系列高压变频器为直接“高-高”式结构，不需要输出升压变压器，输出单元为单元串接移相式PWM方式，其主要电路如图1所示。2.1 功率单元由图1可知，HINV系列高压变频器每相由五个功率单元串接而成。各功率单元具有完全相同的结构，有互换性。每个功率单元为三相输入，单项输出的“交直交”PWM电源型逆变器结构，同时还包括驱动、保护、监测通讯等组件组成的控制电路，其结构如图2所示。通过控制IGBT的工作状态，输出PWM电压波形，每个功率单元额定输出电压为696V，串联后输出相电压3480V，从而使线电压达到6KV。HINV系列高压变频器输出采用多电平移相式PWM技术，同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基波电压，但各载波之间互相错开一定电角度，实现多电平PWM，使得输出电压非常接近正弦波。输出电压的每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，所以dv/dt很小，功率单元采用较低的开关频率，以降低开关损耗，但输出波形的等效开关频率可以达到单元开关频率的6倍，且输出电平数增加，输出相电压为13电平，线电压为258电平，电平数和等效开关频率的增加有利于改善输出波形，降低输出谐波，其输出波形如图3所示。2.2 IGBT驱动原理在HINV变频器的功率单元中，使用高性能、智能化的专用IGBT驱动模块对主控系统输出的PWM控制信号进行隔离、缓冲处理后，使弱电信号(TTL电平）能够驱动高压回路中的大功率IGBT器件，输出我们需要的SPWM电压。驱动模块辅助功能还包括：对IGBT进行短路、过流、欠压监测和保护。当负载或功率单元一旦出现短路、过流、欠压等方面的故障，驱动模块将故障信号传到主控系统，主控系统的微处理器将根据故障类型进行辨别处理后，发出命令使驱动模块停止工作，禁止该功能单元的输出。与此同时，主机中故障处理控制逻辑还会根据故障类型进行更进一步的判断，以决定系统是否发生真正的故障，以便系统采取报警停机或继续运行，以保护变频器与配电系统的安全，不至于造成更大的故障和更大的经济损失。2.3、输入变压器HINV系列高压变频器的输入侧变压器采用移相式变压器，其电路原理图如图4示。变压器原边绕组为6KV，副边共十五个绕组分为三相。每个绕组为延边三角形接法，分别有0。、+20。、+40。移相角度，每个绕组接一个功率单元，这种接法可以有效地消除31次以下的谐波。因此，采用移相变压器进行隔离降压，使得输入侧功率因数在0.96以上，不会对电网造成超过国家标准的谐波干扰。3.改造方案经过前期数据收集及分析，炼铁厂高炉水泵房中压水泵及高压水泵、4#高炉炉前除尘、喷煤主抽风机共7台高压电机具有较明显的节能空间，因此一期工程对上述7台设备进行了改造。在此仅以4#高炉炉前除尘风机为列，对改造方案进行介绍。4#高炉炉前除尘风机电机为630KW、6KV的电机，配有一台液力耦合器进行调速，作为4#高炉出铁场用，在高炉放铁水的时候要求风机满负荷运行，转速开到最大；在高炉未放铁水时要求风机减小风量，转速降低，整个过程通过液力耦合器进行调速，耗时约为1.2小时，其中高速运行时间约为50分钟。根据炼铁厂实际，决定将液力耦合器实际开度调整到最大，在此基础上对电机进行调速，除尘风机在除尘时工作在35Hz，在不除尘时工作在20Hz，考虑。考虑到变频器故障退出运行后，不影响生产，确保系统正常工作，配置工频旁路，当变频器出现故障时，将电机切换到工频下运行。图5为送风机变频方案示意图。1.QF1：进线开关 2.QS1：变频器输入断路器 3.QS2：变频器输出断路器 4.旁路断路器 5.M：高压电机图中共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，QS2与QS3采用机械和程序互锁。当QS1、QS2闭合,QS3断开时，电机运行在变频状态；当QS1、QS2断开，QS3闭合时，电机工频运行，此时高压变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。4.改造效益根据长时间的抄表记录统计，未投入变频器之前，4#炉前除尘风机平均每小时耗电量为336kWh，投入变频器之后，平均每小时耗电量为119 kWh，年节电量:W=（330-119）24330= 1671120 kWh经济效益:W电价= 17186400.5=835560元(注:年运行时间按330天计算，电价0.5元/kWh计算)。5.结论炼铁厂水泵风机系统进行变频改造后，因变频具有运行稳定、调速范围广、输出波形正弦好、输入电流功率因数高、效率高等特点，电机在启动和调节过程中，转速平稳变化，电流没有任何冲击，解决了电机启动时大电流冲击的问题。且对电网谐波污染小，消除了大启