英威腾CHH100系列高压变频器在高炉鼓风上的应用
摘要：本文介绍了英威腾CHH100系列高压变频器在高炉控制上的应用，介绍了利用英威腾CHH100系列高压变频器改变高炉离心鼓风机流量/压力工作点，实现优化高炉送风控制控制工艺，降低风机运行能耗的一些方法。
前言：
在冶金企业中,高炉鼓风机是非常重要的设备,必须确保其能够稳定、安全、高效的工作,高炉送风制度是高炉操作的根本制度，是高炉稳定顺行、优质、高产的重要条件。高炉合理送风制度应达到以下要求：炉料正常稳定下降，炉况顺行；初始煤气流达到合理的分布；炉缸活跃且均匀，渣铁物理热充沛，铁水质量合格；有利于炉型和设备的维护。 
新疆鄯善金汇铸铁有限公司 应用现场
一、控制方案确立
高炉炼铁冶炼用鼓风机是高炉最重要的动力设备，它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供鼓风动能克服高炉料柱阻力所需的气体动力。高炉冶炼要求鼓风机能供给一定量的空气，以保证燃烧一定的碳;其所需风量的大小不仅与炉容成正比，而且与高炉强化程度有关、一般按单位炉容2.1～2.5m3/min的风量配备。但实际上不少的高炉鼓风机选型时设计余量的基础上考虑到生产的发展需要，配备的风机功率往往大于实际生产需要都大于这一比例，因此一般采用入口风门、出口放风阀进行风量、风压控制，以及防止风机的喘振。
在高炉炼铁冶炼中也需要经常根据炼铁工艺情况调节调节系统风量，诸如在燃料比降低或燃料比维持不变的情况下，风量增加，下料速度加快，生铁产量增加。料速超过正常规定应及时减少风量。当高炉出现悬料、崩料或低料线时，要及时减风，并一次减到所需水平。渣铁未出净时，减风应密切注意风口状况，防止风口灌渣。当炉况转顺，需要加风时，不能一次到位，防止高炉顺行破坏。两次加风应有一定的时间间隔，这些送风工艺控制的要求也对高炉鼓风控制系统提出一定的要求。
由于原有的高炉送风系统控制方法落后，存在着较大的阀门节流损耗、风机的效率低、设备运行十分不经济，同时，高炉送风的风量、风压控制需要人力旋转蝶阀手柄，来控制阀门开度，控制方法既费力又费时，十分的不方便，不仅风机驱动电机的能耗大且不利于送风制度的贯彻落实，对高炉冶炼也有较大影响。因此，新疆鄯善金汇铸铁有限公司决定对1#高炉的鼓风机实施变频器调速改造。
二、高压变频器型号选择及品牌确立
高炉炼铁冶炼用鼓风机是高炉最重要的动力设备，它的稳定、可靠、持续运行是炼铁生产达产的基本保证，若高炉送风系统出现故障会对高炉冶炼带来极大的危害，特别是在高炉出铁水时，若高炉送风系统出现故障，将导致高炉出现灌渣堵风口的事故，造成高炉停产，使企业蒙受损失，因此，高压变频器的可靠性及控制系统冗余，是确保系统运行的基本保障。
新疆鄯善金汇铸铁有限公司对高压变频器的选型十分谨慎，因此，考察了多家高压变频器制造商后，最终确定采用深圳英威腾电气公司的CHH100系列高压变频器实施高炉鼓风机的变频调速改造。这次选择英威腾电气CHH100-1250-10型高压变频器主要是基于该型号的高压变频器具有完善的控制功能，诸如温度补偿功能、输出短路保护功能、转矩限制功能，特别是在该企业参观时，生产厂家为我们做的短路过流保护的演示给我们留下了深刻的印象。
三、高压变频调速改造方案
这次高炉高炉离心式鼓风机采用的是CHH100-1250-10型高压变频调速系统，原系统的水阻启动柜保留，当高压变频器发生故障时，控制系统可以将发生故障高压变频器从一次回路中剥离出来，电机旁路到工频电源上运行，这里可以使风机驱动电机在工频与变频两套电源系统上运行，彼此互为冗余、互为备用确保系统的可靠性，从而确保高压变频器故障时高炉不会发生失去风压、风口灌渣故障。高炉鼓风机变频调速一次接线参见图1-1.
10kV电源经高压开关柜到高压变频器的电源切换柜，经高压隔离开关QS1、KM1到高压变频器的移相整流侧，高压变频器的调频电源经高压隔离开关QS2及KM3到高压电机，KM2及KM3彼此电气互锁， 但高压变频器出现故障时，KM3跳脱，KM2闭合，系统自动切换到工频电源运行，避免高炉因高压变频器故障产生风口灌渣事故，确保炼铁生产的持续可靠运行。
四、英威腾CHH100系列在高炉风机变频调速系统的技术特点
此次高炉风机变频调速系统采用的是深圳市英威腾电气有限公司生产制造的高压变频调速器，变频调速系统在现场运行时，其运行频率设定的方法采用的远程操作台进行系统状态的监控或风机运行速度给定，电控室的值班人可以很方便地根据高炉的生产可以要求进行加风、减风、休风操着，而且，加风、减风的时间间隔，风压、流量均可以自由地控制，对高炉的顺行控制提供了有力的条件。
CHH100系列无电网污染高压大功率变频器是由多个功率模块串联而成，通过将多个低压功率模块的输出叠加起来得到高压输出，实现了真正意义的高-高电力变换，无需降压升压变换，解决了高压电力变换的困难。串联多重化叠加技术的应用还为实现纯正弦波、消除电网谐波污染开辟了崭新的途径。INVT-CHH高压变频调速系统主控制部分以新型电机控制专用DSP（数字信号处理器）为控制核心，辅以大规模可编程逻辑器件，实现SPWM波形控制及各种信号的检测、分析判断和处理。控制器和功率单元箱之间通过光纤进行信号传输，可有效避免电磁干扰，增强系统的可靠性。同时控制系统具有丰富的模拟、数字接口，可用于与用户中控DCS连接和扩展，以满足现场各种运行与控制的需要。用户在后台可以监控变频各种状态并对其进行远程控制和频率设定调节。
CHH100系列高压变频调速系统主控制部分以新型电机控制专用DSP（数字信号处理器）为控制核心，辅以大规模可编程逻辑器件，实现SPWM波形控制及各种信号的检测、分析判断和处理。控制器和功率单元箱之间通过光纤进行信号传输，可有效避免电磁干扰，增强系统的可靠性。同时控制系统具有丰富的模拟、数字接口，可用于与用户中控DCS连接和扩展，以满足现场各种运行与控制的需要。用户在后台可以监控变频各种状态并对其进行远程控制和频率设定调节。
CHH100系列高压变频调速系统主控制部分以新型电机控制专用DSP（数字信号处理器）为控制核心，辅以大规模可编程逻辑器件，实现SPWM波形控制及各种信号的检测、分析判断和处理。控制器和功率单元箱之间通过光纤进行信号传输，可有效避免电磁干扰，增强系统的可靠性。同时控制系统具有丰富的模拟、数字接口，可用于与用户中控DCS连接和扩展，以满足现场各种运行与控制的需要。用户在后台可以监控变频各种状态并对其进行远程控制和频率设定调节。
（1）能实现软启动，启动时间和启动的方式可以根椐现场工况进行调整。
（2）高功率因数，达0.95以上，无需另加功率因数补偿装置，避免了因无功带来的罚款。
（3）效率高，高达96%以上，远远高于可控硅大功率调速装置。
（4）符合IEEE519-1992标准的严格要求，不对电网产生谐波污染，完全无需任何滤波装置。
（5）对电机不产生谐波污染，有效降低了电机的发热量，噪声与采用工频供电时相近。
（6）转矩脉冲很低，不会导致电机等机械设备的共振，同时也减少了传动机构的磨损。
（7）输出波形完美，失真度小于1% 。
（8）电动机的电应力强度与采用工频供电时相近，无需配备特殊电动机。
（9）与电机的连接不受电缆长度的限制。
五、高压变频调速改造总结及收益分析
高炉炼铁冶炼用鼓风机是高炉最重要的动力设备，它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供鼓风动能克服高炉料柱阻力所需的氧气及气体动力，因此，要求它24h连续可靠运行，偶然跳闸或停机会对整个生产甚至高炉本身都会造成比较严重的影响。而在高炉炼铁生产时，每50分钟就要出一次铁，因而对高压变频器的可靠性要求非常高。为防止高压变频器发生故障影响高炉冶炼的正常进行，提高高炉风机运行可靠性，我们采用了系统冗余的控制方案，在高压变频器调试过程中曾因为系统电磁兼容的原因造成高压配电系统中的电子式速断继电器动作，系统即时自动旁路到工频回路运行，人工调节蝶阀开度，没有对高炉炼铁冶炼造成影响。
新疆鄯善属于偏远地区，电网常时间电压波动较大，其电压波动范围常在±10%之间，CHH100型高压变频器均能正常可靠运行，而且，鼓风动能没有较大波动，对高炉的冶炼顺行起了较大的作用。采用高压变频器后风量调节的方式更加简便快捷，操作工人反应也较好。
采用高压变频器调节高炉风量，高炉风机驱动电机的运行电耗明显降低，也给企业带来了巨大的效益。从配电值班记录来看，采用高压变频器后，高压电机的运行频率一般在39HZ – 47HZ之间，对应的电机输入功率平均在930KW左右，未采用变频调速时高压电机的输入功率平均在1273KW左右，其平均节电率在27%左右。（参见表1-1）
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高压电机运行能耗对照表
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电机型号
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YK1250-2/990
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电机功率
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1250KW
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蝶阀控制风量的电机平均输入功率
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变频调速控制风量的电机平均输入功率
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1273KW
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930KW
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减少电机输入功率
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343KW
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平均节电率
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27%
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年均降低风机运行电耗：128.6万元 『备注』 按当地平均电价0.5元/度；设备年运行7500小时计算。
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由统计的节能数据来看，高炉鼓风系统应用高压变频调速可以大幅度降低电机电耗，经济效益是显著的。另外，采用高压变频调速控制后，高炉鼓风系统的功能也得到了明显改善，其主要表现如下：
（1）电源侧功率因数提高： 原电机直接由工频驱动时，采用无功补偿，其电机的运行功率因数为0.92左右。采用高压变频器后，电源侧的功率因数可提高到0.96以上，配电系统的效率明显改善。
（2）启动性能改善：原系统采用水阻柜启动，高压电机的起动电流在额定电流的3倍左右，仍未从根本上解决从根本上解决电机启动电流大、启动时间长，电网电压降大，设备存在启动构架振动问题；采用高压变频器后高压电机在额定电流内平稳启动，从根本上解决了高压电机的起动问题。
噪音大大减小，改善运行人员的工作环境：采用变频调节后，由于通过调节电机转速实现调节，风门全开，鼓风机、风管的噪音大大下降，改善工作环境条件，现场运行人员反映良好。
六、结束语
深圳英威腾CHH100系列高压变频器在新疆鄯善金汇铸铁公司高炉鼓风机上投入运行以来运行稳定，改变了高炉鼓风的风量、风压控制方式，提高了高炉冶炼的工艺控制水平，保证了高炉的正常生产，并取得了可观的节能经济效益与附加效益，为高压变频器在钢铁行业的推广应用取得良好经验
六、结束语
深圳英威腾CHH100系列高压变频器在新疆鄯善金汇铸铁公司高炉鼓风机上投入运行以来运行稳定，改变了高炉鼓风的风量、风压控制方式，提高了高炉冶炼的工艺控制水平，保证了高炉的正常生产，并取得了可观的节能经济效益与附加效益，为高压变频器在钢铁行业的推广应用取得良好经验
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