工厂车间通风降温_电站锅炉风机现场性能试验机械百科高压变频器

             铁合金的生产，多数靠金属氧化物等矿石还原。这种还原需要在较高温度下、消耗大量能源才能实现。电炉作为铁合金生产的主要设备,电炉产生的高温烟气，经烟道进进空冷器冷却再进进袋式除尘器。除尘器清下的积尘，由烟尘灰斗排出，净化后的废气经风机送进烟囱，排进大气。除尘系统结构如图1所示。

图1　除尘系统结构

             电炉炼铁时产生的有害物污染主要体现在电炉加料、冶炼、出铁3个阶段。电炉冶炼一般分为熔化期、氧化期和还原期，其中氧化期强化脱炭，由于吹氧或加矿石而产生大量赤褐色浓烟。在上述3个冶炼期中，氧化期产生的烟气量最大，含尘浓度和烟气温度最高。因此，电炉除尘系统按照氧化期的最大烟尘排量进行设计。在系统最大风量需求的基础上增加1.1～1.3倍的安全裕度进行除尘风机选型设计。整个冶炼过程中吹氧时期占30～35%，此时风机处于较高负荷运行，而其余时间则处于较低运行工况。很显然，除尘系统的利用率很低且系统效率差。

             长期以来，不论电炉处于哪一个运行阶段，产生的粉尘大小均使除尘风机全速运行，腾达西北铁合金有限公司原采用液力耦合器调节，效率低、功耗大、造成大量的电能浪费。随着市场竞争的不断加剧，节能降耗、进步生产效率成为企业发展进步竞争力的有效手段之一。

             为满足高压变频改造中的变频器要求，我厂本着安全第一、质量可靠的方针进行认真的分析，以为采用jd-bp37高压变频器完全能满足要求，制定出如下技术方案，此方案具有以下特点:

             （1） 优良的调速性能，满足负载工艺要求;
    （2） 良好的节能效果，进步系统运行效率;
    （3） 实现系统软启动，减小启动冲击，降低维护用度，延长设备使用寿命;
    （4） 系统安全、可靠，确保负载连续运行;
    （5） 控制方便、灵活，自动化水平高。

         2　变频器选型及性能特性

             设计时，根据电机容量，及考虑海拔高度，选用高压变频器，对风机系统进行改造，变频器串在原控制回路中，通过旁路开关柜来进行工/变频的转换，保持原来的启停操纵方式不变。改造后，通过高压变频器，来控制高压风机运行。

             电炉的冶炼周期一般为70～85分钟，其中装料6～10%，送电熔化25～30%，吹氧30～35%，还原期15～20%，冲渣出铁6～8%。在不同的生产工艺阶段，电炉产生的烟气量和烟气温度不同，且差异较大。加料过程中，主要是装料时废钢及渣料产生的扬尘，需要的除尘风量不大，要求粉尘不扩散，不污染电炉周边工作环境为标准。送电过程中是原料送电拉弧加热，引发可燃废弃物燃烧产生废气。此时，电炉需要将炉料加热至熔化状态，要求烟尘能够及时排出，又不能过多的带走炉体热量以保证炼钢周期。而在吹氧期间，不仅要求除尘系统能够及时迅速的将废气和粉尘排走，又必须保证炉体有合适的吹炼温度，确保终点温度。因此，对除尘系统要求较高。进进还原期，吹氧告一段落，粉尘度再一次降低。在冲渣出钢时，主要排放物是冲渣产生的水蒸汽和少量废气。

             通过对冶炼工艺的分析:电炉在炼铁过程的不同阶段对除尘风量的大小有明显的不同，以吹氧冶炼为最大，加料除尘为最低。鉴于电炉除尘系统中除尘风机的运行方式和设备特点，对除尘风机的控制选用山东新风光电子科技发展有限公司自主研发生产的，适合驱动高压异步电动机的jd-bp37-800f型变频器。

         2.1　主要技术性能指标

             （1）额定输进电压，6kv（-20%～+15%）;
    （2）输进频率，45 ～ 55hz;
    （3）输进方式，36脉冲二极管全波整流输进;
    （4）输出方式，每相6单元 载波移相 正弦波脉宽调制输出;
    （5）输进功率因数，大于0.96（额定负载时）;
    （6）效率（含变压器），大于96%（额定负载时）;
    （7）输出频率，0 - 50hz，连续可调;
    （8）频率分辨率，0.01hz;
    （9）过载能力，120%连续，150%1min;
    （10）控制电源，双路供电，220vac，5kva;
    （11）冷却方式，强制风冷;
    （12）防护等级，ip20;
    （13）模拟量输进，四路，0～5v/4～20ma，任意设定;
    （14）模拟量输出，两路，0～5v/4～20ma可选;
    （15）开关量输进输出，32进/16出（可按用户要求扩展）;
    （16）通讯接口，rs－485接口;
    （17）运行环境温度，0～40℃;
    （18）贮存/运输温度， -40～70℃;
    （19）环境湿度，<90%（20℃时），不凝露;
    （20）安装海拔高度，<1000m（超过1000m时，需降额运行）;
    （21）运行参数自动记录和输出、自动故障记录、限流功能、输出电压自动调整功能、瞬时停电自动跟踪功能、单元旁路功能等。

         2.2　外形尺寸及安装要求

             变频器外形尺寸（不含旁路柜） 
    长×宽×高= 4600×1200×2300（mm）
    旁路柜外形尺寸
    长×宽×高= 1200×1200×2300（mm）

             变频器采用底部进出线方式，从正面看，高压进出线孔位于左部旁路柜居后的位置，二次进出线电缆孔位于控制柜居前的位置。变频器应安装在电缆沟上，如图2所示。

图2　变频器安装图（侧面）

             变频器在正面操纵。为了保证操纵、维护的方便性和透风散热效果，变频器正面距墙间隔不小于1.5m，背面和顶部距墙间隔不小于1m。

             室内冷却方式:空调制冷;墙上安装排风扇;柜顶加风罩集中透风。

         2.3　风光变频器的主要上风特点

             风光jd-bp系列高压变频器与国内外同类产品比较，在产品功能设计、产品质量保障措施、系统安全设计和服务方面，具有以下上风和特点:

             （1）输进、输出谐波含量低，输进功率因数高。无须滤波器和功率因数补偿，可直接驱动电机;
    （2）系统控制电源采用220vac和高压主电源降压隔离后双路供电，系统运行更可靠、操纵更简便。可在无高压电的情况下检测变频器的输出及各点波形，便于调试、检验及操纵职员陪训;
    （3）冷却风机采用高压主电源降压后直接驱动，风机仅在上高压电且变频器开机后运行，避免了冷却风机启、停时对控制系统的影响;
    （4）功率单元工作电源为外部开关电源，避免了高压瞬时掉电时对单元的控制电源的影响;
    （5）更适应于国内电网条件，变频器工作电压范围为（+15%～－20%）un，如6kv系列可稳定运行于6900v电压条件下;
    （6）瞬时停电保护功能。当主电源失电后，变频器控制电机处于发电状态运行，为单元电容充电，并为单元控制电源供电，直至主电源恢复，变频器回到原运行状态。瞬时停电时间典型值为3s（具体时间可以根据用户的系统而定），超过3s变频器则保护，检查停电原因，以免变频继续运行而引起事故;
    （7）限流功能。避免启动或负载忽然变化时，使变频器输出电流过大而导致保护动作;
    （8）操纵平台采用全中文win系统，运行稳定，且易学易用;
    （9）结构紧凑;
    （10）完善的上位机控制功能。可与dcs系统实现通讯或i/o方式硬连接。
    （11）主要器件均采用世界一流厂商的成熟产品，产品从元器件至半成品及成品，均实现100%的严格测试。各系列产品出厂前均完成100% 72h以上负载测试记录，确保产品的可靠性。
    （12）在系统运行安全可靠性设计方面，我公司拥有独享专利技术:一种使电解电容延长一倍使用寿命的装置。
    （13）有较强的工程设计能力和沟通意愿，能根据用户现场条件和控制要求量身定做，及时满足用户的不同需求;
    （14）功率单元模块化设计，可以互换，维护简单;
    （15）二次接线模块化设计，现场接线简单，安装周期短。

         2.4　一次回路的工作原理

             一次回路由进线柜（旁路柜）、变压器柜、变频单元柜和操纵控制柜组成。旁路柜在变频器维护过程中或变频器出现故障时，将电机投进到工频电网运行，保证生产不受影响。

             变频运行时，变频器为电机提供全面的保护。

             手动旁路柜（如图3所示）。

图3　变频器安装图（侧面）

             图3所示的旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，k2与k3采用电磁互锁操动机构，实现电磁互锁。当k1、k3闭合，k2断开时，电机变频运行;当k1、k3断开，k2闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检验、维护和调试。

             旁路柜必须与上级高压断路器dl连锁， dl合闸时，尽对不答应操纵旁路隔离开关与变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操纵职员和设备的安全。

             （1） 合闸闭锁:将变频器“合闸答应”信号与旁路柜“工频投进”信号并联后，串联于高压开关合闸回路。在变频投进状态下，变频器故障或不停当时，上级高压开关（断路器dl）合闸不答应;旁路投进状态时，合闸闭锁无效。
    （2） 故障分闸:将变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投进”信号串联后，并联于高压开关分闸回路。在变频投进状态下，当变频器出现故障时，分断变频器高压输进;旁路投进状态下，变频器故障分闸无效。
    （3） 保护:保持原有对电机的保护及其整定值不变。

         2.5　二次回路及控制

             控制系统由控制器，plc和人机界面组成。控制器由三块光纤板，一块信号板，一块主控板和一块电源板组成。

             光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，每块光纤板控制一相的所有单元。光纤板周期性向单元发出脉宽调制（pwm）信号或工作模式。单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号。

             主控板采用高速单片机，完成对电机控制的所有功能，采用正弦波载波移相方式产生脉宽调制的三相电压指令。通过rs-232通讯口与人机界面主控板进行交换数据，提供变频器的状态参数，并接受来自人机界面主控板的参数设置。

             人机界面为用户提供友好的全中文操纵界面，负责信息处理和与外部的通讯联系，可选上位监控而实现变频器的网络化控制。通过主控板和plc采集的数据，计算出电流、电压、功率、运行频率等运行参数，提供记录功能，并实现对电机的过载、过流进行报警和保护。通过rs-232通讯口与主控板连接，通过rs-485通讯口与plc连接，实时监控变频器系统的状态。

             plc用于变频器内部开关信号以及现场操纵信号和状态信号的逻辑处理，增强了变频器现场应用的灵活性。plc有处理4路模拟量输进和2路模拟量输出的能力，模拟量输进用于处理来自现场的流量、压力等模拟信号或模拟设置时的设置信号;模拟输出量是频率给定信号。

图4　高压变频调速系统的结构图 （以6单元的为例）

             其系统结构如图4示。由移相变压器，功率单元和控制器组成。风光6kv高压变频器，变压器有18组付边绕组，分为6个功率单元 / 相，三相共18个单元，采用36脉冲整流，输进真个谐波成分远低于国标规定。
 
2.5.1　控制方式

             风光变频器有三种控制方式:

             （1）本地控制:从变频器操纵界面控制电机的启动和停机，并能完成变频器的所有控制;
    （2）远程控制:通过内置plc接受来自现场的开关量控制;
    （3）上位控制:通过rs-485接口，采用prpfibus通讯协议，接收上位dcs系统的控制;或与dcs硬连接。

         2.5.2　速度设置方式（或闭环运行时的给定方式）:

             风光变频器有多种速度设置方式，在闭环运行时，速度设置方式即为被控量的给定方式:

             （1） 本地设置:通过薄膜式液晶屏设置运行频率;
    （2） 模拟设置:接收dcs系统0～10v或4～20ma模拟信号设置运行频率或被控量给定值;
    （3） 通讯设置:通过通讯方式接收来自dcs系统的运行频率或被控量给定值;
    （4） 多档设置:通过开关量设置多档运行速度或被控量给定值;
    （5） 闭环调节:由pid自动设置运行频率。

      ,车间降温设备;   2.5.3　运行方式

             风光变频器有开环和闭环两种运行方式。

             （1） 开环运行:变频器以设置频率输出。频率（或称速度）的设置方式有本地设置、模拟设置、通讯设置和多档设置。
    （2） 闭环运行:对一个运行参数（如流量、压力、温度等，简称被控量，此处以压力为例）实现跟踪控制。闭环运行时，实际压力信号来自于现场信号，而压力期看值有3种设置方式，分别为本地设置、模拟设置、通讯设置。

         2.5.4　对外接口

             （1） 模拟量输进:2路，4～20ma 或0～5vdc 。4～20ma时输进阻抗250ω，0～5vdc电压输进时输进阻抗≥10mω。用于接收速度设置或被控量设置的模拟信号。
    （2） 模拟量输出:2路，4～20ma 或0～5vdc输出。4～20ma输出时最大阻抗500ω，0～5vdc电压输出时最小阻抗5000ω。以模拟方式输出变频器的运行速度、变频器的输出电流等变量。
    （3） 数字量输进:32路，光电隔离，隔离电压500vac。接收远程控制信号，速度给定开关信号及各开关状态等。
    （4） 数字量输出:16路，中间继电器隔离，隔离电压750vac，接点容量5a。输出变频器状态，控制主电源开断等。
    （5） 通讯接口:rs-485，profibus通讯规约，实现与上位系统的通讯。

             控制接线如附表所示。

             附表　控制接线编号

         2.5.5　全中文windows人机界面

         　　全中文windows人机界面如图5所示。

   ,负压风机报价;     

图5

             主界面如下:

             参数设置界面（如图6所示）。

图6　人机界面

         3　工作原理

             风光变频器采用先进的功率单元串联叠波（又称功率单元多重化结构）方式、正弦波pwm调制方法，利用成熟的低压变频器技术和功率器件igbt，从原理上保证了系统的可靠性，并使变频器的输进输出波形得到极大改善，在美国该方式变频器号称完美无谐波。

             功率单元和控制系统之间采用光纤通讯，实现强弱电间的完全电气隔离，进步了整个系统的抗干扰能力。

         4　单元旁路及冗余设计

    ,厂房负压通风降温设计;         为了最大限度满足试验连续运行的要求，本系统提供两种旁路运行方式:单元旁路和工频旁路。

         4.1　单元旁路

             运行过程中，若某个功率单元发生可旁路性故障（如单元过热、单元过流、igbt故障等），系统将自动旁路掉故障单元及另外两相相同位置的单元。单元旁路后，因每相串联单元数减少，变频器将降容运行（输出额定电流不变，额定电压降低）。此时，若变频器运行频率较低，单元旁路不对变频器运行造成任何影响。

             功率单元采用晶闸管作为旁路器件，整个旁途经程是微秒级的，不会对运行产生冲击。因此，旁路是无扰动的。

             变频器单元旁路运行时，将给出轻故障报警信号。在条件答应的情况下，用户应尽快使变频器退出运行，更换故障单元。

         4.2　工频旁路

             当变频器发生重故障无法继续运行时，变频器将立即分断高压输进，系统自动将电机投进工频运行，以确保生产的连续性。

             从上述几点可以看到，首先风光变频器是稳定可靠的，其次，即便变频器出现故障，仍可以通过相应手段保证电机继续运行，不会对生产造成影响。

         5　风机的特性及节能效益分析 

             风机是一种平方转矩负载，其转速n与风量ｑ、风压ｈ及风机轴功率的关系为：
    ｑ1＝ｑ2（n1/n2）、h1＝h2（n1/n2）2、ｎ1＝n2（n1/n2）3 

             当然转速的下降也会引起效率的降低及对附加控制装置的效率影响等，假定效率为η,一般为80%。

             采用变频技术调节不同风量时消耗的功率为:
    p变=n3p1/η

             原运行状态风机挡板开度约为70%，变频改造后，将风门全开，调整电机转速，频率调至工频频率的70%,频率按调至38hz运行。
    则n= n1/n2=38/50=0.76

             （1）201#风机
　　电机参数为:
　　p0=800kw u0=6000v i0=89.54a cosφ=0.90
　　原系统实际运行功率为p1≈515kw
　　在变频低速（38hz）下运行时的功耗为:
　　p变1=n3p1 / η =0.763 ×515/0.80=282kw
　　变频改造后在吹风时，可以运行在38hz，可以满足生产的需要。
　　变频改造后在吹风时每小时节省电能为:
　　△p= p1－p变2=515－280=235kw
　　根据电炉逐日出铁四次,每炉均匀冶炼时间4h。
　　共计节省电能w=△p×t=235×4=940kw?h
　　按电费0.31元/ kw?h，天天4炉，每年300天计算,
　　节省电费:0.31×4×940×300=349680.00元
    （2）202#风机
　　电机参数为:
　　p0=800kw u0=6000v i0=89.54a cosφ=0.90
　　原系统实际运行功率为p1≈595kw
　　在变频低速（38hz）下运行时的功耗为:
　　 p变1=n3p1 / η =0.763 ×595/0.80=208kw
　　变频改造后在吹风时，可以运行在38hz，可以满足生产的需要。
　　变频改造后在吹风时每小时节省电能为:
　　△p= p1- p变2=595-208=387kw
　　根据电炉逐日出铁4次,每炉均匀冶炼时间4h。
　　共计节省电能w=△p×t=387×4=1540kw?h
　　按电费0.31元/ kw?h，天天4炉，每年300天计算,
　　节省电费:0.31×4×1540×300=572880.00元
    （3）101#风机
　　电机参数为:
　　p0=630kw u0=6000v i0=71.62a i1=60a cosφ=0.90
　　原系统实际运行功率p1=1.732×i1×u×cosφ=
　　 1.732×60×6000×0.90≈561kw
　　在变频低速（38hz）下运行时的功耗为:
　　p变1=n3p1/ η =0.763 ×561/0.80=307kw
　　变频改造后在吹风时，可以运行在38hz ，可以满足生产的需要。
　　变频改造后在吹风时每小时节省电能为:
　　△p= p1－p变2=561－307=254kw
　　根据电炉逐日出铁4次,每炉均匀冶炼时间4h
　　共计节省电能w=△p×t=254×4=1016kw?h
　　按电费0.31元/ kw?h，天天4炉，每年300天计算,
　　节省电费:0.31×4×1016×300=377952.00元
    （4）102#风机
　　电机参数为:
　　p0=800kw u0=6000v i0=89.54a cosφ=0.90
　　原系统实际运行功率为p1≈595kw
　　在变频低速（38hz）下运行时的功耗为:
　　p变1=n3p1 / η =0.763 ×595/0.80=208kw
　　变频改造后在吹风时，可以运行在38hz，可以满足生产的需要。
　　变频改造后在吹风时每小时节省电能为:
　　△p= p1- p变2=595-208=387kw
　　根据电炉逐日出铁4次,每炉均匀冶炼时间4h。
　　共计节省电能w=△p×t=387×4=1540kw?h
　　按电费0.31元/ kw?h，天天4炉，每年300天计算,
　　节省电费:0.31×4×1540×300=572880.00元

         6　结束语

             变频改造后，节能是主要的，其次还能带来很多其他的效益。

             （1）变频调速器其良好的可靠性以及调速范围广且平滑能满足工艺要求，软启动，小的启动电流亦可以减少对电网的冲击；
    （2）变频系统各种保护功能可靠，从而消除了因电机过载或单相运行而烧毁电机的现象，确保了安全运行；
    （3）减少了设备的维护和维修量，降低了维修用度；
    （4）减少了调节阀门的开关次数，降低员工的劳动强度；
    （5）改造后，精简了控制程序，使操纵更加方便，进步了生产效率，从而达到了节能降耗的目的。其综合效益是特别明显的。