HINV高压变频器在钢铁行业中的应用

    1． 情况概述    某炼铁厂在炼铁过程中，烧结厂工艺段所用的主抽风机是10kV、1000kW绕线转子电动机，机组运行时基本带72%负载，风机风量采用入口挡板调节。为了保证电动机的安全稳定运行，选用的风机电动机的备用容量较大。机组满负载运行时，吸风机人口挡板开度约70%，机组上料不生产时，风机入口挡板开度约20%，形成档板两侧风压差，造成节流损失；同时风机挡板执行机构为大力矩电动执行机构，故障较多，风机效率低，不但控制精度较差，并且依靠挡板截流来减少风量，电动机的出力变化较小，造成大量电能被白白浪费。且电网供电不稳定，高时电压达到11500V，会影响电动机的使用寿命。为了进一步适应厂网分开、竞价上网的电力体制，节约能源、降低用电率、保护环境、简化运行方式、减少转动没备的磨损等，决定对该炼铁厂风机进行变频调速改造。    2．改造方案    一般情况下变频器容量的选择与电动机容量相同，这样能满足电动机在额定出力内进行不同转速的调节。但在生产实际中，根据实际运行工况来选择合适的变频器容量，既能满足生产需要，又能节省变频器投资及减少配套设施。该炼铁厂风机是由绕线转子电动机拖动的，原启动方式是由水电阻启动，水电阻串接在转子绕组中，当定子绕组得电的同时水电阻也得到一个信号开始由最大阻值滑向最小阻值，启动时间设为35s。为了用户能可靠的生产，在不改变用户所有配置的情况下，把变频器串接在定子的输入端，并配有旁路柜，当变频器不能工作时，可以旁路变频器恢复原来配置运行生产。选择北京动力源科技股份有限公司的HINV - 10／1250B变频器能满足上述风机在各种工况下不同转速调节的要求。    为了充分保证系统的可靠性，为变频器同时加装工频旁路装置，当变频器故障时，变频器停止运行，电动机可以直接手动切换到工频下运行。工频旁路由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（见图7.2-1，其中QF为甲方原有高压开关）。要求QS2不能与QS3同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。
    图7. 2-1    电动机切换电路示意图    3．节能分析    2006年9月20日到10月21日，烧结主抽风机变频运行与工频运行情况如下：    1)烧结主抽风机变频运行情况：    a．运行时间10月26日至11月11日共生产16天。开机时间：307. 43h;停机时间：76. 63h。    b．烧结矿产量：11324t。    c．日历时间：384h。    d．烧结主抽风机面积：20m²：    e．烧结主抽风机利用系数：N=11324t/(20m²×307. 43h) =1. 84t/(m²·h)    f．烧结主抽风机作业率：K= (384-76. 63)/1384=80%    g．耗电量：222450kW·h    h．烧结矿吨耗电量：222450kW·h/11324t=19. 641kW·h/t。    注：烧结主抽风机面积S=20m²。    2)烧结主抽风机工频运行情况：    a．运行时间：9月20日至10月21日共生产31天。开机时间：622. 9h;停机时间：76. 7h。    b．开机关风门时间：44. 4h。    c．烧结矿产量：22132t。    d．日历时间：744h。    e．烧结主抽风机面积：20m²。    f．烧结主抽风机利用系数：N=22132t/ (20m²×622. 9h) =1. 77t/(m²·h)。    g．烧结主抽风机作业率：K=(744-76.7)／744=89. 69% (83.72%)。    h．耗电量：557850kW·h。    i．烧结矿吨耗电量： (557850 - 30×6000×3×0.87×44.4)kW·h／22132t= 24. 26(25.20) kW·h/t。    3)在变频的作业率、利用系数下折算到工频时的烧结矿(t)电耗情况下所用电量为    Q=24. 26 (25. 20) kW·h/t×11324t-274720. 24(285364. 80)kW·h    4)工频／变频相同作业率、利用系数下的节电率为    C=274720. 24 (285364. 80)-222450/274720. 24(285364. 80)    =19. 02 (22. 04)%    另外，工频状态下将有比工频多13%的无功损耗。    总的节电率应为C=32.02 (35.04)%。对于无功损耗，供电部门管理很严，cosφ越高，节费率越低；烧结生产无效运转率越高，节电率越高。所以，应高度重视、严格管理，综合各方面的情况，确定节电标准。    4．直接经济效益    可见，在现状生产而不改变工艺的情况下全年运行，投入1台北京动力源科技股份有限公司生产的高压变频器后，公司全年节约电费可达200万元左右。另外，由于北京动力源科技股份有限公司系列变频器功率因数可达0. 96以上．大于电动机功率因数0.85，减少大量无功损耗。并且实现电动机软启动．可避免因大电流启动冲击造成对电动机绝缘的影响，减少电动机维护量、检修维护费用，同时大幅延长电动机的使用寿命。    5．间接经济效益    除了直接的节能增效外，风机高压变频改造后还有一些间接的经济效益，主要包括：提高了功率因数，对系统母线的无功需求大大降低（降低600kvar以上）；实现了电动机的软启动．减少了启动转矩突变对电动机的电气和机械损伤，减少了由于直接启动对绕线转子造成的冲击；减少了对轴承的摩擦，维护工作量减少；控制平滑、稳定、精度高。    6．结束语    采用高压变频装置节能效果明显，实现了电动机的软启动，延长电动机的使用寿命，引风机挡板全开，也减少了风道的振动与磨损。总之，北京动力源科技股份有限公司生产的高压变频器的可靠运行性能及良好的节能效果为用户创造了巨大的经济效益，值得大力推荐和应用。