1引言

近年來，隨著變頻技術和控制技術的發展，變頻器在風機上的應用也從以節能為目的，發展到以提高生產效率、提高產品產量、質量，實現生產過程自動化及環境保護為目的，成為企業提高產品市場競爭力的有效手段之一。

在煉鋼廠轉爐吹煉過程中，會排出大量煙塵，含有易燃氣體和金屬顆粒，污染環境，按我國《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297—1996），對煙塵須冷卻、凈化，由引風機將其排至煙囪放散或輸送到煤氣回收系統中備用。每座轉爐配有1套除塵系統，除塵系統采用二級文氏管煙塵凈化方式，要求風機在整個煉鋼工作周期內變速運行，吹氧時高速運行，不吹氧時低速運行。除塵風機在煉鋼廠屬主要高耗能設備，其容量一般都是根據生產中可能出現的最大負荷條件選擇，但在實際運行中往往比設計要小得多。如果電機不采用變頻調速控制，則流量通常只能通過調節擋板或閥門控制，其結果是造成很大的能量損耗。采用變頻器將電動機直接進行調速運行，則耗能量將會顯著減少，生產巨大的節能、環保效益。下面以某煉鋼廠4#爐除塵風機經技術改造采用高壓變頻調速的原理分析。

2系統方案

2．1設備配置

除塵風機電氣系統主回路接線圖如圖l所示，其為一拖一控制，設置工頻／變頻切換柜，以保證除塵風機安全可靠運行。要求可以遠程和本機控制。風機高速運行時，如果變頻器出現嚴重故障，變頻器自動停機。遠程控制時，通過操作臺工頻／變頻旋鈕把電機切換到工頻電網運行，當吹煉周期結束后，檢修變頻器。變頻器檢修完畢后，通過把操作臺工頻／變頻旋鈕打到變頻位置，返回變頻調速狀態。本機控制時，通過變頻器控制柜工頻／變頻旋鈕把電機切換到工頻電網運行，當吹煉周期結束后，檢修變頻器。變頻器檢修完畢后，通過把變頻器工頻／變頻旋鈕打到變頻位置，返回變頻調速。

2．2．1吹煉工藝周期

如圖2所示：A到B為兌鐵加廢鋼時間，約1min。B到C為風機升速時間，暫定1min，可以調節。c到D為吹氧時間，約14min。D點風機開始減速，暫定3rain，可以調節。D到E為倒爐測溫取樣時間，約2rain。E到F為出鋼時間，約2min。F到G為濺渣時問，約3min。整個吹煉工藝周期約26min，其中高速時間（C到D）12min。高速定為45Hz，可以調節；低速定為20Hz，可以調節。

2．2．2變頻器和現場接口

在B點，將爐前、爐后和氧氣流量信號送到4#爐電磁站PLC電氣站，通過用戶程序處理后，輸出到繼電器，由繼電器提供一對閉合節點（繼電器吸合時，變頻器高速運轉；繼電器釋放時，變頻器低速運行），當在爐前操作并有氧流量時，繼電器吸合，變頻器開始從低速向高速升速，在c點現場操作工進行吹煉。在D點，準備出鋼，爐前工轉換開關轉到爐后或沒有吹煉的時間超過15min，繼電器釋放，變頻器開始降速，降速時間不作具體要求，但在減速過程中如果需要提速，變頻器應能滿足提速要求。爐前、爐后和氧氣流量信號組合圖PLC程序如下圖3所示。

程序控制說明：爐前操作吹煉時，接點M20．1和M2．0通，將置位復位觸發器RS置位，此時Q20．2有輸出，同時由Q20．2輸出驅動中間繼電器，從而由繼電器接點送給合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器高低速信號（繼電器通為高速，斷為低速）；當爐前工轉換開關轉到爐后或沒有吹煉的時間超過15min時，T44或T45或M20．2通，置位復位觸發器RS復位，Q20．2沒有輸出，繼電器釋放，變頻器降速。

3合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器調速系統

3．1監控和操作

當除塵風機不吹煉時，只需要很低的轉速，根本不需要滿負荷運轉。利用合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器根據實際需要對除塵風機進行變頻運行，既保證和改善了工藝，又達到節能降耗的目的和效果。

采用高壓變頻調速系統對除塵風機進行高壓變頻改造具體實現過程如下：變頻器操作可以在本機控制，也可以遠程操作。變頻器包括1臺內置的PLC，用于柜體內開關信號的邏輯處理，以及與現場各種操作信號和狀態信號（如RS485）的協調，并且可以根據用戶的需要擴展控制開關量，增強系統的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機或操作臺進行操作，吹煉時（B到D），變頻器高速運行，不吹煉時，變頻器低速運行。可以根據工況需要自由設定，其完全可以滿足工藝要求。變頻調速風機控制系統如圖4所示。

現場操作人員可以通過上位機或操作臺對變頻器進行遠程操作并監控變頻器運行狀態。

上位機：可以通過上位機進行遠程監控，一方面便于用戶隨時了解設備運行情況；另一方面，也利于設備的遠程診斷和維護，故障問題可以及時得到解決。

操作臺：可以通過操作臺對變頻器進行簡單的遠程操作，包括工頻／變頻切換。

3．2高壓變頻調速系統原理

HARSVERT高壓變頻調速系統采用直接“高一高”變換形式，為單元串聯多電平拓撲結構，主體結構由多組功率模塊串并聯而成，從而由各組低壓疊加而產生需要的高壓輸出；它對電網諧波污染小，輸入電流諧波畸變小于4，直接滿足IEEE519—1992的諧波抑制標準，輸入功率因數高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置；輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv／dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，630kW／6kV變頻系統共有21個功率單元，每7個功率單元串連構成一相。其系統結構圖如圖5所示。

3．2．1功率單元

每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣，二次繞組采用延邊三角形接法，實現多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的。

單元旁路功能：當某個功率模塊發生故障時自動旁路運行，變頻裝置不停機，但需降額使用，即在每個功率單元輸出端之間并聯旁路電路，當功率單元故障時，封鎖對應功率單元IGBT的觸發信號，然后讓旁路SCR導通，保證電機電流能通過，仍形成通路。

為保證三相輸出電壓對稱，在旁路故障功率單元的同時，另外兩相對應的兩個功率單元也同時旁路。對于6kV的變頻器每相由7個功率單元串聯而成，當每相1個單元被旁路后，每相剩下6個功率單元，輸出最高電壓為額定電壓的859／6，輸出電流仍可達到100，輸出功率仍可達到85左右，對于風機、水泵負載轉速仍可達92以上，基本能維持生產要求，大大提高了系統運行的可靠性。

3．2．2變壓器柜

主要包括為功率單元供電的移相變壓器，還有輸入側的電壓、電流檢測器件電壓互感器和電流互感器，以及溫度檢測器件溫控器。

3．2．3功率柜

柜內主要對功率單元進行組合，通過每個單元的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，得到非常好的PWM波形，dv／dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無需輸出濾波器，輸出電纜長度長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設備的改造；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，減小了軸承和葉輪的機械應力。柜內還附帶輸出電流和電壓檢測功能。

3．2．4風機

變壓器柜配置6臺冷卻風機，由溫控儀控制其起停，當變壓器負荷增大，運行溫度上升，當繞組溫度達80℃時，系統自動啟動風機冷卻；當繞組溫度低至70℃時，系統自動停止風機。當變壓器繞組溫度繼續升高，若達到110℃時，系統輸出超溫報警信號；若溫度繼續上升達130℃，變壓器迅速跳閘。柜體上還設置了溫度顯示系統。功率柜根據功率大小配置2臺具有世界領先技術，德國進口EBM一后向離心式冷卻風機（裕量大，單臺容量占總排量的50）；如需將熱量直接排至室外，可增設風道。

3．2．5控制柜

控制器核心由高速單片機和工控PC協同運算實現，精心設計的算法可以保證電機達到最優的運行性能。工控PC提供友好的全中文Windows監控和操作界面，同時可以實現遠程監控和網絡化控制。

控制器還包括一臺內置的PLC，用于柜體內開關信號的邏輯處理，以及與現場各種操作信號和狀態信號的協調，增強了系統的靈活性。

5結語

從以上分析及運行情況來看，在除塵風機采用合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器調速后，由變頻器直接控制電機，通過調速驅動除塵風機，提高傳動效率。電機的電壓、電流明顯下降，電機輸入功率明顯減少。運行工況點明顯改善，風門可以全部打開，完全由轉速調節流量，對生產操作極為方便、控制精度高、響應速度快、而且合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器調速時間可以任意設定，避免了全負荷啟動時的大電流沖擊，使整個系統工作平穩并有利于除塵風機的維護保養，延長使用壽命。節電率在20～70之間，具有巨大的節能效益。