高压变频器在攀钢提钒炼钢厂中的应用

一、前言  

时光荏苒，斗转星移。弹指间，攀钢提钒炼钢厂的大方坯连铸、两座新转炉以及除尘系统拔地而起，无不成为每个炼钢厂人的骄傲，尤其是除尘系统的新建与改造，对大惯量高压除尘风机的运行要求很高。因此，我厂采用了国内外五大公司的高压变频技术，包括北京利德华福电气技术有限公司、东方日立（成都）电控设备有限公司、美国罗克韦尔公司、美国罗宾康公司、法国阿尔斯通公司，分别使用的高压变频器有：HARSVERT-A（4台）、DHVECTOL-DI03000/06B（1台）、PowerFlex7000（3台）、NBH（1台）、ALSPAMD2000（2台），这五种高压变频器已成为攀钢提钒炼钢厂除尘系统中的一道风景线，许多企业都来此参观。其中，北京利德华福高压变频器（HARSVERT-A）的应用最为广泛，主要用于攀钢提钒炼钢厂的6#、7#转炉的二次高压除尘风机（功率1600kW）；4#、5#转炉一次高压除尘风机（功率1400kW）的变频调速。  

二、HARSVERT-A高压变频器的系统原理及特点  

1、高压变频器功率单元结构原理  

功率单元结构原理（图1），是由二极管整流的三相全控桥、低压绝缘栅双极型晶闸管（IGBT）逆变桥、电容器组等元件组成的控制回路，为基本的交-直-交单相逆变电路，通过对IGBT逆变桥进行正弦脉冲宽度调制（PWM）控制，可得到功率单元输出的PWM波形（图2）。每个功率单元结构一致，可以互换，而且当某个功率单元出现故障时，封锁该功率单元IGBT的触发信号，然后让旁路SCR导通，将这个功率单元隔离出去，而不影响其他功率单元的运行，减少除尘风机停机造成的经济损失，正好适应了攀钢提钒炼钢厂的生产节奏。  

  
2、高压变频器的系统结构  

HARSVERT-A高压变频器属于“高-高”电压源型变频器，由移相变压器、功率单元、控制器、工控机、内置PLC（S7-200）、液晶触摸屏、外部接口、温控器、检测装置、报警装置等设备组成（图3）。输入侧由移相变压器给每个功率单元供电，移相变压器的阀侧绕组分为三相（A、B、C三相），构成30脉冲整流方式，采用多级移相叠加的整流方式使负载下的网侧功率因数为0.96（﹥20％负载）接近1，可大幅度改善网侧的电流波形。输出侧由每个功率单元的U、V相输出端子相互串联而成星型接法给电机供电，通过对每个功率单元的PWM波形进行重组，可得到阶梯PWM波形（图4），这种波形接近于标准正弦波，无须输出电抗器滤波，可减少对电机和电缆的绝缘的损坏，对输出电缆的长度无特殊的要求。  


  
3、高压变频器的电压叠加原理  

移相变压器的阀侧绕组分为A、B、C三相，每相上有5个功率单元串联，共15个功率单元，每个功率单元的相电压为690VAC，每相的相电压为：



  
4、高压变频器工频旁路结构  

工频旁路是在高压变频器出现故障时为保证生产继续进行，所采用直接工频启动电机的一种启动方式。攀钢提钒炼钢厂采用了一带一手动旁路（图6）和自动旁路（图7）两种形式。工频旁路系统的使用，避免了因变频器故障而造成高压除尘风机停机所带来的影响，确保了攀钢提钒炼钢厂生产顺利进行，使攀钢提钒炼钢厂的安全环保事业持续稳定发展。  


  
三、HARSVERT-A高压变频器与电流源高压变频器的比较  

攀钢提钒炼钢厂现使用的高压变频器有HARSVERT-A高压变频器（电压源型）和其他电流源型高压变频器，他们之间的比较见（表1）。根据现场情况和维护人员的反映，认为HARSVERT-A高压变频器操作简单，维护方便。从（表1）中亦可看出。  


  
四、使用HARSVERT-A高压变频器后的优越性  

1、节能方面  

以4#、5#转炉为例，每座转炉公称容积为120T，平均铁水装入量为120T，最大铁水装入量为140T，最大炉气量为60000Nm3/h，吹炼时间为10min，冶炼周期为20min，炉气含尘量为80g/Nm3——120g/Nm3，风机升压为19000Pa，风机额定转速为1480rpm,电机电压为6kV，电机功率为1400kW。转炉的冶炼工艺从图8中可看出，A点到B点为兑铁加废钢时间2分钟，B点到C点为风机升速时间1分钟，C点到D点为吹炼时间10分钟，D点风机开始减速，D点到E点为测温取样时间1分钟，E点到F点为倒渣出钢时间5分钟，F点到G点为倒残渣时间1分钟。整个转炉的冶炼周期为20分钟，在C点到D点吹炼时变频器以高速35Hz运行，其它阶段变频器以低速18Hz运行。以前没有采用高压变频器时，在整个转炉的冶炼阶段都是工频50Hz运行，4#、5#转炉一次除尘风机月耗电量约为1680000kW?h，而使用了高压变频器后，4#、5#转炉一次除尘风机月耗电量约为1050000kW?h，根据电费0.55元/度计算，每月可节约电费约34.6万元。  


  
2、增效方面  

使用了高压变频器后，除尘风机根据冶炼工艺处于较低频率下运行，电流很小；另外实现了软启动，避免了启动瞬间大电流对电机和电网的冲击，减少了对风机轴承、叶轮的磨损；而且也减少了风机换转子的次数，每月可增加冶炼时间5小时，按每炉钢120T，冶炼周期为20min/炉，每吨钢200元利润计算如下：

每月可多产钢：5×60÷20=15（炉）
每炉钢按120吨计算，可多产钢：120×15=1800（吨）
每吨钢按200元计算，每月可创效益：1800×200=36（万元）