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动力源HINV高压变频器在钢铁厂炉前除尘风机的改造和应用

发布时间:2011-07-15 09:33   类型:应用案例   人浏览
摘要:本文介绍了钢铁厂炉前除尘风机高压变频的改造情况,详细分析了高压变频器的技改方案和节能效果,为高压变频器在钢铁厂或其它行业类似的变频改造项目提供了一定的理论和实践经验。
1概述
  中国政府在第十到第十一个五年计划的节能计划中,把电机系统节能列为重中之重,发展电机调速节电和电力电子节电技术逐步实现电动机、风机、泵类等设备和系统的经济运行。另一方面,国家计委在十五计划纲要中明确提出了要改变工业增长方式鼓励采用高新技术和先进适用技术改造传统产业,指出一个国家综合实力的重要基础是国家的装备制造业,提出大力振兴装备制造业的重要指导思想,大力推进机电一体化,形成新的经济增长点。
  
经多方调研考察,比较性价比,最终此钢铁厂决定选用北京动力源科技股份有限公司生产的HINV系列高压变频器对某钢铁炼铁厂3#高炉1400kW炉前除尘风机进行变频改造.
2.实际运行参数
设备参数
运行参数
额定功率
1400kW
高速运行电流
125A
额定电压
6000V
低速运行电流
55A
额定电流
166A
运行电压
6300V
额定转速
745rpm
每天出铁次数
13
运行时间
330
每次出铁时间
75分钟
单位电价
0.427
 
 
 3.HINV系列高压变频器
3.1 HINV设备参数
变频器型号
HINV-06/2000B 
变频器额定容量
2000 KVA
额定输入电流
200
额定输出电流
200
额定输入电压
6 KV
输出电压范围
0~6 KV
输入频率:
45Hz~55Hz
输出频率范围
0~50Hz
变频器效率
≥0.96%(额定负载时) 
 
 

3.2 变频器设计规范
HINV系列高压变频器是北京动力源科技股份有限公司自主研发生产的电压型高压变频器调速装置,采用24脉冲输入整流移相技术,正弦波PWM调制方法,全中文操作界面,具有可靠性高,高性能优越,操作简便等特点,具体设计规范如下:
1:变频器是采用了最新设计制造技术的产品, 其内部元器件采用优质进口元器件, 使用寿命长,系统设计最简化, 提高了设备运行的可靠性, 确保了整套变频器质量;
2:输入功率因数高,无须配置功率因素补偿器。变频器的总谐波满足IEEE-519标准和GB/T14549/93《电能质量、公用电网谐波》有的关规定;
3:变频器内部采用PLC,易于使用,便于控制功能扩展;
4:变频器在高压主电源完全失电200毫秒内不停机;
5:变频器支持来电自启动及飞车启动功能;
6:高压主电源欠压达到65%时不停机,变频器自动降额运行,待电压恢复正常后再自动回到原来设定的速度;
7:变频器可以承受+10%~ -10%的电源波动,继续正常运行;
8:变频器控制电源使用交流380V和直流220V均可,并且变频器由自身的变压器二次侧提供备份控制电源,另外还配备有UPS电源,充分保证了在控制电源发生故障时变频器仍可以继续运行,同时提供报警信号;
9:变频器的电流过载是按反时限特性曲线控制;
10:变频器具有功率单元旁路技术。当某个功率单元发生故障时,变频器自动旁路运行,同时提供报警信号;
11:如果发生控制变频器输出频率的模拟信号掉线或短路时,变频器保持原有输出频率不变(保位运行),同时提供报警信号;
12:当变频器发生故障或需要检修时,采用旁通设计能以手动方式(用户选购件)使电机转为工频运行,保证生产进行;
13:变频器有过电压, 过电流, 欠电压, 缺相, 变频器过载, 变频器过热, 电机过载, 输出接地, 输出短路等保护功能。并提供联跳现场输入侧高压开关的接点;
14:变频器对故障按轻重缓急分级处理,智能选择报警、降额运行、紧急停机,变频器过载150%时立即保护停机;
15:变频器对输出电缆的长度没有限制,电机不受变频器共模电压及 dv/dt 应力的影响;
16:变频器具有各种防止误操作的措施,如:柜门具有保护连锁,变频/工频旁通开关组保护连锁,在变频器故障时提供跳掉高压电源的信号,紧急停车按钮等;
17:变频器配备汉字显示的液晶显示屏,可实现变频器参数设定和显示电机电压、电流、频率等状态参数;变频器具有很强的故障诊断能力和精确的故障定位能力,当有故障发生时,在液晶显示屏上显示故障位置、类别,使故障点一目了然。
18:根据现场实际和用户要求,可就地控制也可远程DCS控制.
 
3.3.变频器系统结构如下所示:
    HINV系列高压变频器6KV产品内部是由15个功率单元组成,每5个单元为一组,分别对应高压回路的三相,单元供电由移相隔离变压器进行供电,原理图如图所示:
 
3.4.功率单元结构图
功率单元内装三相整流桥,滤波电容和用于逆变的功率器件IGBT以及控制板件。单元控制板由驱动电路,检测保护电路和光纤通讯等电路组成。单元控制电源为单元控制板提供工作电源。
 
3.5.多电平叠加SPWM电压输出
 HINV系列高压变频器输出为多电平叠加的SPWM电压,dv/dt低,电动机正弦性好,不需要增加外部输入输出滤波器,不增加电动机的转矩脉动,不损坏电动机。
3.6.主回路简图如下:
说明:6kV电源从高压柜经变频装置输入刀闸QS1到高压变频调速装置,变频装置输出经出线刀闸QS2送至电动机;6kV电源还可以经旁路刀闸QS3直接起动电动机。变频装置的输出刀闸QS2和旁路刀闸QS3互相闭锁,即QS2和QS3不能同时闭合。变频运行时,断开QS3,闭合QS2和QS1;工频运行时,断开QS2和QS1,闭合QS3。当变频装置出现故障时,立即断开出线刀闸QS2和进线刀闸QS1,将变频装置隔离,闭合旁路刀闸QS3,在工频电源下起动电动机。
3.7.二次回路及控制
控制系统由光纤板,信号板,主控板,PLC和人机界面组成,用户提供220V或380VAC电源。控制系统与功率单元之间采用光纤通讯,实现了强弱电之间的光电隔离。PLC用于变频器内部开关信号以及现场操作信号和模拟信号的逻辑处理。内置PLC控制器配置有可编程的32个开关量输入端子和24个开关量输出端子。可以通过外接的计算机,使用PLC软件编程器进行梯级命令编程、设置和调试。还配有6个模拟输入端子和5个模拟输出端子,实现4-20MA电流信号和0-10V的电压信号的输入/输出。
4.除尘风机变频改造的节能原理分析
某钢铁厂的3#高炉出铁厂除尘风机一台(配套电机功率1400kw),出铁除尘风机用两种风量来适应炼铁工艺要求,为了提高风机的运行效率,采用北京动力源科技股份有限公司生产的HINV系列的高压变频器,来代替原先的液力耦合器进行变频调节。
4
.1 除尘风机工艺要求
  某钢铁厂的3#高炉,高炉在正常的冶炼过程中,一个冶炼周期分为如下时间段:低速过程约为25分钟为炼铁过程,高速为出铁过程约为75分钟,其中炼铁时烟尘较少,除尘风机可以低速运行,低速运行时间占总冶炼周期的30%
工频运行时的示意图:
A1-A2为炼铁时间(低速)   A2-A3为出铁时间(高速)
在变频改造后低速运行的时候耗电量,考虑到实际运行转速可以在80转下,这样电机在低频运行时绝缘损伤和发热问题,所以在低速时把电机停止,将变频器进行热备份,随时可以对风机进行启动。这样近整个变频系统没有运行电流,没有能量损失。
  某钢铁厂的3#高炉出铁除尘风机采用HINV-06/2000B变频器进行调速控制,变频器为直接高-高方式的电压源型,变频器的主要性能指标如下:变频器容量2000KVA,额定输出电流167A,额定输入电压6000V,允许电压波动±10%,输入功率因数≥0.96(大于20%负载时),输出频率范围0Hz50Hz范围内调整(即:调速范围0100%),变频器效率≥98%(不含输入变压器),输出频率分辨率0.01Hz,无级调速,过载能力125%一分钟,150%立即保护。加速时间可按工艺要求设定,减速时问可按工艺要求设定。
4.2 3#高炉出铁除尘变频改造过程
变频器与3#高炉出铁除尘值班室的现场接口:变频器与3#高炉出铁厂的电动机远程操作箱以硬线连接方式实现,值班室远程操作箱上包括:按钮类:启动按钮、停止按钮;指示灯类:运行/停止指示、电源指示、频率到达指示、及变频器故障和报警指示;以上指示信号均为开关量采用无源接点输出,定义为接点闭合时有效,接点容量均为AC220V/3A
  变频器远程/近程控制选择,当把控制柜内的远程/就地控制选择开关打到远程位置时,既可以通过远程控制箱来控制电机的转速和启/停,当变频器远程/就地控制选择开关打到就地位置时,可以在变频器的控制面板来控制。
4.3 变频改造效果分析
     理论上,风机的风量 Q 与转速成正比,风压 H 与转速的平方成正比,轴功率 P 与转速的立方成正比。随着转速的降低,风机在维持效率不变(风阻不变为前提)的状态下,轴功率以转速的立方关系下降,电机消耗的电能急剧减小。因此,风量虽然下降了,风机轴功率及电机消耗的电能变化并不大,这就是风机变频调速的节能依据。
该风机在变频改造前,工频运行电流高速和低速基本保持在 125A ,消耗功率约为 17552kW ,变频改造后,实测运行参数见表 :
日期
频率(HZ)
输入电流(A)
输出电流(A)
输出电压(V)
电度表读数
7月19日
40.89
72.8
92
4910
1020.9
7月22日
40.89
78.5
93
4920
1034.3
7月26日
40.89
86.6
92
4915
1057.0
7月30日
40.89
101.3
91
4900
1075.5
变频运行时,平均运行功率为 11913kWh/天,与工频运行相比,平均节约功率 17552 kWh/天 ,节电率:
(17552-11913)/17552×100%≈32.1%
按电价 0.427 元 / 度计算,一天节约电费:
(17552-11913)×0.427 ≈ 2408元 / 天
除上述实实在在的电费节省外,变频运行还带来下列软性效益:
•   实现电机软启动,延长电机使用寿命,减小启动电流对电网的冲击;
•   调节简便,快捷;                              
•   降低风机噪音,改善环境;
•   降低风压,延长风道及风机使用寿命等。
5.结束语
通过对某钢铁厂3#高炉1400kW炉前除尘风机变频改造,在调试及运行中变频器经历了多种方式的考验,突破了变频器与相关设备相匹配的各种难点,实践证明高压变频装置节能效果明显,实现了电机的软启动,也减少了风道的振动。在改进生产工艺的同时,使得日常维护大大减少,取得了良好的经济效益,改造的结果与前期方案设计以及预算吻合,改造成功,在目前能源短缺的情况下,钢铁厂大量的风机节能改造存在着很大的潜力。  
高压变频是目前领先的高压风机节能技术,EMC是国际先进的合作方式,我们将两者有机结合,是我们动力源公司和钢铁厂形成了共盈的局面,我们将这项绿色工程继续下去,让每个企业都能享受到高科技产品带来的效益。

 
















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