国产高压变频器在攀钢炼铁除尘系统中的应用

一、前言。
攀枝花新钢钒股份有限公司炼铁厂4号高炉设计容积：1350m3，并罐式炉顶，皮带上料，4座热风炉送风。高炉设计利用系数：2.25t(m3.d)，焦比：440kg/t.Fe，年平均风温：1200℃。在大修前，4号高炉已经连续运行13年。高炉已入炉役后期，严重威胁高炉生产安全，且每年的维护费用逐年上升，在此情况下，为满足攀钢集团的总体发展，为实现攀钢集团公司提出的“高产、优质、低耗、长寿”的目标，最后集团公司决定对4号高炉在原地自采用2台脉冲布袋除尘器和2台风机并联运行方式。为了经济效益，实现自动控制，减少维护费用，其中1#除尘风机采用东立日立（成都）电控设备有限公司生产的高压变频器（DHVECTOL—DI02240/06）调速。
二、DHVECTOL高压变频器的性能特点。
1、变频改造的电机系统原理图如图1所示

　　（1）QS1、QS2为刀闸隔离开关，其中QS2单刀双掷开关。
（2）变频切换工频过程：先断QF1，断隔离刀闸QS1、QS2，再合QF1，电机工频运行。
（3）工频切换变频过程：先断QF1，合隔离刀闸QS2、QS2，再合QF1，变频器带电机变频运行。
2、变频器的工作原理
DHVECTOL系列变频器是由多个功率单元串联而成，以6kV每相八单元串联为例，电压叠加如图2所示。每相由八个相同的功率单元串联而成，相电压为3464V；每个功率单元输出有效值Ve=433V,峰值输出电压Vp=　2Ve=612V。

　　3、功率单元电气原理
功率单元主要由三相桥式整流器、电容器组、IGBT逆变桥构成，同时还包括驱动、保护、监测、通讯等组件的控制电路。通过控制IGBT的工作状态，输出PWM电压波形，原理图如图3。

　　4、变频器系统配置原理
每个功率单元都是由低压绝缘栅双极型晶体管（IGBT）构成的三相输入，单相输出的低压PWM电压型逆变器。功率单元电路见图3。每个功率单元输出电压为1、0、-1三种状态电平，每相8个单元叠加，就可产生17种不同的电平等级，分别为±8、±7、±6、±5、±4、±3、±2、±1和0。图4为一相合成的正波输出电压波形。此种多级串联电压型变频器，采用功率单元串联，而不是用传统的器件串联来实现高压输出，所以不存在器件均压的问题。每个功率单元承受全部的输出电流，但仅承受1/8的输出相电压和1/24的输出功率。8对依次相移7.5度的三角载波动基波电压进行调制，如：对A相基波调制所得的8个信号，分别控制A1～A8八个功率单元，线电压波型具有33阶梯电平，它相当于48脉波变频，理论上47次以下的谐波都可分别低于1.2%和0.8%，堪称无谐波污染变频器。变频器同一相的功率单元输出相同的基波电压，串联各单元之间的载波错开一定的相位，每个功率单元的IGBT开关频率若为600Hz，则当8个功率单元串联时，等效的输出相电压开关频率为9.6kHZ。功率单元采用低的开关频率可以降低开关损耗，而高的等效输出开关频率和多电平可以大大改善输出波形。波形的改善除减小输出谐波外，还可以降低噪声、dv/dt值和电机的转矩脉动。所以这种变频器对电机无特殊要求，可用于普遍笼型电机，且不必降额使用，对输出电缆长度也无特殊限制。

　　三、系统的工艺分析和节能分析。
攀钢炼铁厂4号高炉的出铁场除尘系统工艺流程图如图5。

　　系统设计风量1450000m3/h，依据4#高炉炼铁工艺的要求，约两小时左右炼一炉铁，除尘风机由于生产工艺的要求需要在炼铁时停止除尘，在出铁时开始除尘，也就是说变频调速装置要在炼铁时低速（20Hz）运行（炼铁时间大约70分钟），出铁时高速（50Hz）运行（出铁时间大约50分钟）。另外，4号高炉的除尘系统采用的是两个除尘风机除尘，两个除尘风机的电机的工况一样，但只有一台安装有变频调速装置，可以进行节能比较。由于5、6、7月为4号高炉的调试时间，数据不准并对耗电量的计算有影响，但进入8月份后高炉运行正常，4号高炉的8月份出铁量时98283吨，1号除尘风机电机（采用东方日立变频调速）的耗电量是729029千瓦小是地，2号除尘风机电机（不采用变频调速）的耗电量是1066990千瓦小时，依据以上数据电费在0.45元/度的情况下，那么每月估算节约的电费约为15万元左右。
四、应用变频器的优越性。
改装置于2004年5月底一次性投入了生产运行，运行至今，充分体现出该装置的先进性，主要的特点如下：
●　该装置性能稳定，工作可靠，操作简便，大大减轻了运行人员的劳动强度；
●　变频风机实现了软启动，风机在低频下起动，电流很小，避免了原来在较大惯性负荷情况下，数倍于额定起动电流对电网和机械设备的冲击；
●　提高了功率因数，功率因数在0.95以上；
●　风机转速的降低，减缓了风机叶轮、轴承和密封件的磨损，变频风机的转动明显好于其他的工频风机，有利于延长电机和风机的使用寿命；
●　低输入谐波；
●　大量节能，经济效益显著。
五、结论。
通过这几个月的运行，证明DHVECTOL—DI02240/06高压变频器性能好，可靠性比较高，节能非常明显，短期内就能收回成本，而且大大改善了工艺条件，提高了生产效率，说明在炼铁除尘系统改造是非常成功的，同时在炼铁行业除尘系统有很好的推广价值。

　　（东方日立（成都）电控设备有限公司　　张黎）
（攀钢炼铁厂　　朱跃青）