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1引言

主抽風(fēng)機(jī)是燒結(jié)廠最重要的設(shè)備之一，其作用是利用風(fēng)機(jī)抽風(fēng)產(chǎn)生的負(fù)壓將燒嘴噴出的火焰引至燒結(jié)料中，使其充分燃燒，生成合格的燒結(jié)礦。因此其運(yùn)行中的各項參數(shù)，對燒結(jié)礦的質(zhì)量有很大的影響，同時，該風(fēng)機(jī)電機(jī)又是耗能大戶，其電耗高達(dá)整個燒結(jié)生產(chǎn)線的三分之二。因此，實(shí)現(xiàn)對主抽風(fēng)機(jī)各項參數(shù)，特別是風(fēng)量、風(fēng)壓的合理的控制，是燒結(jié)廠提高生產(chǎn)效率、降低消耗的重要手段之一。目前濟(jì)南庚辰鋼鐵有限公司主抽風(fēng)機(jī)配備為同步電機(jī)，電機(jī)工頻啟動采用串液水阻柜啟動方式，采用控制風(fēng)門開度的方式，來實(shí)現(xiàn)主抽風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)，這種控制方式運(yùn)行效率低下。

（1）無法實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的實(shí)時調(diào)整，滿足不了生產(chǎn)過程中需要根據(jù)燒結(jié)工藝參數(shù)進(jìn)行隨時調(diào)節(jié)風(fēng)量的要求。

（2）電機(jī)始終處于額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，運(yùn)行效率低。

（3）水阻啟動柜無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的軟啟動功能，且由于水電阻溫度的限制，連續(xù)啟動次數(shù)不允許超過3次。

鑒于以上問題，現(xiàn)在高壓大功率變頻器技術(shù)越來越成熟，鋼鐵廠領(lǐng)導(dǎo)決定采用高壓變頻器來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，以提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率。

廠領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過多方調(diào)研、比較，決定采用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的同步電機(jī)高壓變頻器JD-BP37-5600F（5600kW/6kV），對其燒結(jié)系統(tǒng)主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能控制。

2  設(shè)備參數(shù)

該廠燒結(jié)系統(tǒng)主抽風(fēng)機(jī)電機(jī)額定電壓6kV，額定功率4200kW，具體參數(shù)如表1所示。

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)及工藝為客戶選配的高壓變頻器JD-BP37-5600F技術(shù)參數(shù)如表2所示。

 3主回路改造方案

根據(jù)現(xiàn)場負(fù)載情況，配置由新風(fēng)光公司生產(chǎn)的高壓變頻器JD-BP37-5600F，主回路采用一拖一手動旁路方案。改造后，保留原液阻軟啟動裝置及原高壓柜，改造后的主回路如圖1所示。

圖1  主回路方案

變頻運(yùn)行方式：QF為用戶側(cè)高壓開關(guān)柜，其中變頻器旁路柜QS1、QS2、QS3為隔離開關(guān), QS1、QS2與QS3之間有電氣互鎖。手動旁路柜變頻勵磁柜與變頻器配套提供，電機(jī)及用戶側(cè)高壓斷路器QF保留甲方原有設(shè)備。

變頻運(yùn)行時，QS3斷開，變頻勵磁系統(tǒng)可以利用新風(fēng)光同步勵磁控制系統(tǒng)，QS1與QS2閉合，將勵磁刀閘切換到變頻勵磁系統(tǒng)。變頻器上電時，斷路器QF閉合，新風(fēng)光高壓變頻器啟動時，以電勵磁同步機(jī)矢量控制方式拖動同步電機(jī)啟動。

變頻停機(jī)時，從現(xiàn)場向變頻器下達(dá)“停機(jī)”命令，變頻器驅(qū)動同步電機(jī)減速至完全停機(jī)，然后停止輸出電壓電流。最后在現(xiàn)場分?jǐn)鄶嗦菲鱍F，由其輔助觸點(diǎn)通知勵磁裝置滅磁，滅磁完成后關(guān)閉勵磁裝置電源。遇到故障時，變頻器在停止電壓電流輸出的同時，立即分?jǐn)嗌霞墧嗦菲鱍F，由變頻器主控通知勵磁裝置滅磁，然后投到工頻運(yùn)行。

工頻運(yùn)行時，QS1、QS2斷開，將勵磁刀閘切換到工頻勵磁系統(tǒng)；QS3閉合，水阻軟起裝置投入工頻回路，同步電機(jī)的啟動、運(yùn)行、停機(jī)過程按照原有邏輯進(jìn)行。

4 高壓變頻器在同步機(jī)上的技術(shù)保證

風(fēng)光高壓變頻器除了具有一般的高壓變頻功能外，還具有矢量控制技術(shù)、星點(diǎn)漂移技術(shù)、同步投切技術(shù)等，為保證高壓變頻器控制同步電機(jī)提供了有力保障。

（1）星點(diǎn)漂移技術(shù)：變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動均衡技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出，提高了變頻器的可靠性。

（2）同步投切技術(shù)：在變頻器輸出能力足夠的情況下，利用電壓跟蹤和鎖相技術(shù)，將變頻器輸出電壓參考電網(wǎng)電壓進(jìn)行幅值、頻率、相位的同期后，由變頻器和工頻電網(wǎng)同時向負(fù)載并網(wǎng)供電，并根據(jù)工況投切過程的需要，完成負(fù)載在變頻器和工頻電網(wǎng)間的轉(zhuǎn)移，最終使負(fù)載獨(dú)立工作在工頻或變頻運(yùn)行狀態(tài)，此技術(shù)為各種方案設(shè)計提供了支持。

不同于異步電機(jī)，同步電機(jī)的變頻控制，還需要解決以下問題：啟動整步問題，旋轉(zhuǎn)啟動中需要磁場位置識別，勵磁的給定方式和調(diào)節(jié)問題以及故障保護(hù)下的緊急滅磁等，都需要高壓變頻器具有先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行解決。

5 高壓變頻器同步電機(jī)的調(diào)試

5.1變頻器與勵磁柜的連線

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)與勵磁柜連接關(guān)系如圖2所示。

 圖2 變頻器與勵磁柜連線

變頻器系統(tǒng)輸出給勵磁柜信號：

（1）勵磁電流調(diào)節(jié)給定（4-20mA模擬量信號）：變頻器給定到勵磁柜，通過4-20mA電流控制勵磁柜輸出勵磁電流的大小。（注：有的勵磁柜通過接收增、減勵磁常開觸點(diǎn)信號來控制勵磁電流大小，通常是4-20mA模擬量）

（2）變頻器啟動信號（常開觸點(diǎn)）：變頻器給到勵磁柜啟動信號，勵磁柜開始投勵磁。

（3）變頻器故障信號（常開觸點(diǎn)）：變頻器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時，將故障信號給定到勵磁柜，勵磁系統(tǒng)進(jìn)行停機(jī)滅磁。

（4）工頻運(yùn)行信號（常開觸點(diǎn)）：變頻器給到勵磁柜工頻運(yùn)行信號指示。工頻運(yùn)行信號有效時，勵磁柜按照工頻運(yùn)行的邏輯執(zhí)行；工頻運(yùn)行信號無效時，即處于變頻運(yùn)行狀態(tài)，勵磁柜執(zhí)行變頻運(yùn)行邏輯。

勵磁柜輸出給變頻器系統(tǒng)信號：

（1）實(shí)測勵磁電流（4-20mA模擬量信號）：勵磁柜向變頻器傳輸實(shí)際輸出的勵磁電流。

（2）勵磁就緒信號（常開觸點(diǎn)）：勵磁柜自檢無故障，具備投勵要求，此時勵磁柜向變頻器輸出勵磁就緒信號。

（3）勵磁故障信號（常開觸點(diǎn)）：勵磁柜本身出現(xiàn)故障，勵磁柜將該信號傳給變頻器。

（4）勵磁啟動信號（常開觸點(diǎn)）：變頻器給到勵磁柜開機(jī)信號，勵磁柜執(zhí)行命令開機(jī)運(yùn)行后，反饋給變頻器勵磁啟動信號。

根據(jù)以上對信號的說明，測試常開點(diǎn)和常閉點(diǎn)的狀態(tài)。

5.2 開關(guān)邏輯、模擬量、勵磁電流等參數(shù)調(diào)試

（1）調(diào)試和勵磁柜之間的信號邏輯調(diào)試：通控制電，模擬調(diào)試開關(guān)量信號，變頻器報出勵磁柜開機(jī)異常，此時為變頻器停機(jī)，工頻運(yùn)行狀態(tài)。與勵磁柜廠家溝通，要求勵磁柜廠家修改邏輯，無論變頻或者工頻運(yùn)行狀態(tài)下，勵磁柜都要返回開機(jī)信號，修改邏輯后，調(diào)試正常。

（2）調(diào)試模擬量信號：4-20mA給定勵磁柜勵磁電流信號，勵磁柜廠家不斷調(diào)整，勵磁電流很難對準(zhǔn)，后放棄小電流對應(yīng)，直接對應(yīng)250A以上勵磁電流，調(diào)整對應(yīng)關(guān)系基本正常，偏差在10A以內(nèi)。調(diào)試反饋勵磁電流，電流信號同樣從250A開始對應(yīng)，基本線性對應(yīng)。

（3）工變頻邏輯調(diào)試：使用外部單獨(dú)一塊主控板發(fā)送電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)，模擬調(diào)試工變頻轉(zhuǎn)換的邏輯，并觀察勵磁電流的變化，邏輯正常，勵磁電流轉(zhuǎn)工頻時有個突然變大的趨勢，通過與勵磁柜廠家溝通，轉(zhuǎn)工頻設(shè)置的為投強(qiáng)勵，可以修改勵磁電流數(shù)值，可以設(shè)置為與變頻器轉(zhuǎn)工頻時勵磁電流數(shù)值相當(dāng)?shù)闹?。將大線進(jìn)行核對后，上高壓調(diào)試轉(zhuǎn)換邏輯，轉(zhuǎn)工頻和轉(zhuǎn)變頻邏輯正常。

（4）帶載調(diào)試：連接電機(jī)，設(shè)置變頻器參數(shù)，變頻器啟動使用多段VF，轉(zhuǎn)矩提升設(shè)為0.6， 5.0Hz為1.5，8.0Hz為1.3，12.0Hz為1.0，中間頻率線性過渡。空電機(jī)啟動，啟動低頻電流最大達(dá)到450A。啟動電流比較大，但是可以正常啟動。電流無劇烈震蕩變化。

電機(jī)運(yùn)行10分鐘后，停機(jī)，廠家連接連軸器，帶風(fēng)機(jī)運(yùn)行，變頻器啟動使用多段VF，轉(zhuǎn)矩提升設(shè)為0.6， 5.0Hz為1.4，8.0Hz為1.3，12.0Hz為1.0，變頻器開機(jī)運(yùn)行正常。啟動低頻電流最大達(dá)到350A。啟動正常，電流變化拐點(diǎn)在9Hz。

風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，現(xiàn)場開始投產(chǎn)，運(yùn)行到45Hz，功率為3000kW左右。

（5）工變頻切換

將工頻旁路柜的小車搖進(jìn)去，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變頻器與電網(wǎng)在轉(zhuǎn)換過程中存在共存情況，轉(zhuǎn)過過程中的電流波形如圖3所示（100A/1V）。電流峰值在200A，有效值為140A，電機(jī)額定電流為464A。電流不大，說明變頻器輸出角度與電網(wǎng)角度基本一致。

 圖3（a）                                                           圖3（b）

連接電機(jī)線，試驗(yàn)空電機(jī)的情況，轉(zhuǎn)工頻時電流波形如圖4所示。CH1為變頻器輸出電流，500A/5V，CH2為電機(jī)端電流，500A/500mV。轉(zhuǎn)工頻時變頻器輸出電流有效值約106A，與電網(wǎng)共存時電流變小。電機(jī)端電流稍微變大，與之前有1.1倍變化，又恢復(fù)正常。轉(zhuǎn)換時，勵磁柜投0.9倍的勵磁電流，之后勵磁電流恢復(fù)變頻器給定勵磁電流。

圖4（a）                                                        圖4（b）

轉(zhuǎn)變頻試驗(yàn)，轉(zhuǎn)變頻時電流波形如圖5所示。CH1為變頻器輸出電流，500A/5V，CH2為電機(jī)端電流，500A/500mV。轉(zhuǎn)換時，勵磁電流由工頻運(yùn)行控制勵磁電流，保持勵磁電流不變，轉(zhuǎn)換完畢后，勵磁電流由變頻器控制勵磁電流。勵磁電流的初始值為工頻控制時的最后時刻的勵磁電流大小。轉(zhuǎn)換時輸出電流沒有突變。

     圖5（a）                                                           圖5（b）

現(xiàn)場連接連軸器，進(jìn)行帶風(fēng)機(jī)的試驗(yàn)。試驗(yàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換時，風(fēng)門全部關(guān)閉。轉(zhuǎn)工頻時電流波形如圖6所示。CH1為變頻器輸出電流，500A/5V，CH2為電機(jī)端電流，500A/500mV。轉(zhuǎn)工頻時變頻器輸出電流有效值約220A，與電網(wǎng)共存時電流變小。電機(jī)端電流稍微變大，與之前有1.1倍變化，又恢復(fù)正常。

       圖6（a）                                                      圖6（b）

轉(zhuǎn)變頻試驗(yàn)。CH1為變頻器輸出電流，500A/5V，CH2為電機(jī)端電流，500A/500mV。轉(zhuǎn)換時，勵磁電流由工頻運(yùn)行控制勵磁電流，保持勵磁電流不變，轉(zhuǎn)換完畢后，勵磁電流由變頻器控制勵磁電流。勵磁電流的初始值為工頻控制時的最后時刻的勵磁電流大小。第一次轉(zhuǎn)換，出現(xiàn)失敗，多個單元出現(xiàn)單元過壓，波形如圖7所示。

圖7（a）                                          圖7（b）

根據(jù)電流分析，變頻器輸出電流與電機(jī)電流相反，正好給變頻器充電導(dǎo)致變頻器過壓保護(hù)，變 頻器輸出角度滯后，將變頻器輸出角度補(bǔ)償增加3度，轉(zhuǎn)變頻功能試驗(yàn)3次，均成功，電流波形如圖8所示。電流沒有突變。

    圖8（a）                                                    圖8（b）

轉(zhuǎn)變頻完畢后，電抗器從串入回路到從回路中切除的電流變化如圖9所示。電流變化不大，工變頻切換過程中，電機(jī)及現(xiàn)場工藝沒有發(fā)現(xiàn)異常。

圖9

試驗(yàn)至此，現(xiàn)場人員表示試驗(yàn)很成功。

6高壓變頻器節(jié)能情況

     主抽風(fēng)機(jī)同步電機(jī)相對其他風(fēng)機(jī)來說，有著更大的節(jié)能空間，該高壓變頻器于2016年5月19日投入生產(chǎn)，至今運(yùn)行正常，改造達(dá)到了預(yù)期目的。

 根據(jù)上表數(shù)據(jù)計算得知，4200kW燒結(jié)風(fēng)機(jī)節(jié)電率達(dá)到25.0%。該套設(shè)備平均每年運(yùn)行300天以上，每天以24小時計算，電費(fèi)以0.41元/度計算，年節(jié)約費(fèi)用高達(dá)：300*24*（3000.1-2249.3）*0.41=221.6萬元。

7 結(jié)束語

     新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器在濟(jì)南庚辰鋼鐵有限公司主抽風(fēng)機(jī)改造是成功的，改造后，主抽風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟起軟停止，可以對主抽風(fēng)機(jī)根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)速控制，大大降低了電機(jī)運(yùn)行電流，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為大量高壓同步電機(jī)負(fù)載節(jié)能提供了新的改造途徑。