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希望森蘭SBH系列高壓變頻器在同步機所驅動的燒結主抽風機

摘要：本文主要對燒結系統的主抽風機進行變頻改造的具體實施過程和改造效果進行了闡述，同時也對應用于燒結主抽風機的勵磁同步電機的變頻改造進行了相關說明。

關鍵詞：燒結主抽風機高壓變頻器勵磁同步電機

一、前言

燒結的生產過程是經配料和處理過的燒結料鋪到燒結機的臺車上，進行點火和強制抽風（產生負壓）的作用下燒結料中的燃料燃燒產生高溫使得局部軟化和融化發生一系列物理化學反應生成一定數量的液相，隨后由于溫度降低液相冷卻凝固成塊形成成品燒結料，隨后供給高爐進行煉鐵，整個燒結料的生產過程中燒結主抽風機占據著不可忽視的重要作用。

由于燒結出抽風機負載的電機容量相對較大，普遍在于3000kW—10000kW不等，并且由于相關電網容量的限制，燒結主抽風機負載一般無法進行工頻直接起動。現今國內現有大多數燒結主抽風機一般都采用水電阻或者高壓軟啟動器起動，工頻拖動的運行方式，較少使用變頻器驅動。由于電機長期工頻運行，加之長期利用風門進行相關的流量壓力調節，造成燒結主抽風機運行起來非常不經濟；同時由于電機大多采取水電阻起動的方式，不僅達不到良好的起動效果，而且造成頻繁維護、頻繁更換電解液的情況，甚至起動過程中的“開鍋”“漏液”現象也時有發生，危害人員及設備的安全。在機械上產生劇烈沖擊和磨損、風機無法運行在高效區等問題都會給企業帶來很大的經濟問題。這對于構建節約型社會，貫徹國家節能減排計劃是不相符合的，對燒結主抽風機進行變頻改造對節約能源、提高生產效率、增加企業的經濟效益都具有非常現實的經濟意義和社會意義。

高壓變頻調速是近年來興起的一門基于電力電子器件的新技術，它是將工頻電網進行一系列的處理變換后輸出一種頻率可變、電壓可調的電能的技術，主要改工頻頻率來實現速度的調節，因其具有調速精度高、范圍廣、穩定性強、dV/dt小、瞬態穩定性高、節能等特性越來越被人們所重視，近年來也得到了廣泛的應用。

二、項目介紹

項目是由中鋼集團投資建設，項目公司玉林市中金金屬科技有限公司注冊資金為5000萬元人民幣。本項目總投資為66.5億元，占地面積66.59萬m，其中廠房、倉庫等建筑物占地56.6萬m，是玉林龍潭產業園目前投資額最大的項目。50萬噸精制鎳鐵及深加工項目由廣西玉林中金公司投資建設，總投資66.5億元，采用先進的火法工藝，年產鎳鐵50萬噸，鎳合金及深加工產品120萬噸。項目建成投產后，可安排3560人就業。

中金公司鎳合金項目一期原料為菲律賓的紅土鎳礦（中鋼集團收購的礦山），產品為鎳鐵，二期熱軋項目的原料為鎳鐵，產品為不銹鋼卷板，在此基礎上，通過冷軋項目建設，生產不銹鋼卷板及深加工不銹鋼制品，在園區形成較為完整的從冶煉至制品深加工的全產業鏈條。

對于中金金屬燒結生產線，燒結主抽風機是其重要的生產設備，但是由于長期工頻運行，為了滿足燒結生產過程中所需要的風量、負壓，燒結主抽風機只能通過閥門調節的方式來改變官網的特性曲線來維持生產，實際運行壓力15KPA，實際運行風量500000（m3/h）實際運行風門開度約85%，實際工頻運行的電流可達到200A，見圖1。

圖1 中金金屬主抽風機工頻運行電流

三、中金金屬燒結現場存在的問題

1、現場電機現有啟動方式為水阻啟動，水阻柜效率較低、只能實現電機的軟啟動的，不能實現對電機進行調速、不能進行頻繁的啟停操作、電解液容易受外界的影響從而降低啟動質量，啟動時發熱較大、具有安全隱患。

2、現場采用風門調節，能源損耗嚴重；設備長期50HZ下運行，機械損壞程度高，降低設備使用壽命。

3、現場自動化水平較低，同步電機投勵量不可控，人工干預程序多整個運行過程非常復雜。

四、SBH系列高壓變頻器原理

SBH系列高壓變頻器采取的拓撲結構方式為單元串聯型高壓變頻器，其為直接高-高變換電壓源型，變頻器基本原理如下圖2所示：

圖2變頻器原理示意圖

高壓變頻器從10kV電網取電，經過內部移相變壓器降壓、移相、隔離輸送給各個功率單元，功率單元從原理上等效于一個三相交流輸入、單相交流輸出的低壓變頻器。電路結構如下圖3所示：

圖3功率單元結構

功率單元整流電路為二極管全波整流，多脈沖構成多極移相疊加的整流方式極大地改善網側的電流波形，使其負載下的網側功率因數大于0.95。輸出側由每個功率單元的U、V輸出端子相互串聯而成星型接法給電機供電，通過對IGBT逆變橋進行正弦SVPWM控制，得到階梯的SVPWM波形，該波形正弦度好，dv/dt小，可以降低輸出諧波及由此引起的電機發熱、噪音等，從而減少對輸出電纜和電機的絕緣損壞，無需輸出濾波器，可直接驅動普通異步電機。同時，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。通過軟件控制，可以輸出不同等級的頻率電壓。SBH系列變頻器系統安全、可靠，保護裝置功能齊全，具有過壓、欠壓、過流、過熱、缺相等保護裝置。具有完整的故障監測電路、精確的故障報警保護。

五、變頻改造方案

根據現場提供的負載參數，選擇其對應的希望森蘭SBH系列變頻器型號為：SBH-100-4000完全滿足該系統調速要求。系統控制方案采用一拖一手動切換啟動系統工頻備用方式（原啟動方式繼續保留）。如圖4所示：

圖4 系統單線圖

在主電動機上加裝變頻器；對給主電動機提供勵磁的勵磁裝置的控制部分進行整體改造。

改造后的勵磁控制系統接收變頻器發出的勵磁給定指令, 從而控制勵磁隨電機的轉速的增加而投入,同步電動機實現變速運行。變頻器起動后，利用4-20mA信號跟蹤并輸出給勵磁控制系統，使勵磁系統跟隨變頻器的起動需求投勵，在起動完成后，勵磁系統時刻聽從變頻器的模擬量給定指令投勵以實現同步電機的起動與調速過程。

六、變頻改造后的效果

1、減少了對電網的沖擊

采用森蘭SBH系列高壓變頻器智能控制系統調節后，系統實現軟啟動，電機啟動電流遠遠小于額定電流，啟動時間相應延長，對電網無大的沖擊，減輕了起動機械轉矩對電機機械損傷，有效的延長了電機的使用壽命。

2、節能

利用森蘭SBH系列高壓變頻器智能控制系統的節能模式，可使電機以最高效率運行，減少不必要的電能損耗；由于電機在高效率狀態下運行，功率因數較高，降低了無功損耗，節約了大量電能。據現場數據統計其整體節電率到達9.7%

3、噪音低

使用森蘭SBH系列高壓變頻器智能控制系統運行時,機房平均噪音為70dB（A），由于噪音降低,改善了工作環境。

4、工作強度降低

由于森蘭SBH系列高壓變頻器智能控制系統在運轉設備與備用設備之間實現計算機聯鎖控制，機組實現自動運行和相應的保護及故障報警，操作工作由手動轉變為監控，完全實現生產的無人操作，大大降低了勞動強度，提高了生產效率，為優化運營提供了可靠保證。

5、提高運行可靠性

現場原有控制系統與改造后控制系統可互為備用,提高了運行可靠性,同時各項保護措施更加完善。

6、減小現場維護量

采用森蘭SBH系列高壓變頻器智能裝置調速后，隨時可以通過調整轉速使系統在接近額定狀態下工作，通常情況下，森蘭SBH系列高壓變頻器智能調速裝置的應用主要是為了降低電機的轉速。由于啟動緩慢及轉速的降低，相應地延長了許多零部件的壽命；同時極大的減輕了對管網的沖擊，有效延長了管網的檢修周期，減少了檢修維護開支，節約大量的維護費用。

綜上所述，燒結主抽風機變頻控制系統可以實時的對燒結主抽風機進行轉速控制，實際上改變了風機的運行特性曲線，大大的提高了風機的運行效率；有效的解決了大型電機起動困難的問題；降低了現場設備的運行噪音；提高了整個燒結主抽系統的穩定性和自動化水平；軟起動及軟調速大大提高了設備的使用壽命，有效的保護了電網；改善了原系統的高耗能狀態，更加有效的利用了能源，得到了可觀的節能效果。

七、總結

中金金屬勵磁同步電機所驅動的燒結主抽風機上采用森蘭SBH系列高壓變頻器智能裝置，連續無故障運行至今，在節約的經濟效益上也是非常可觀。并且在降低設備故障率、提高系統自動化水平和減少現場設備維護量方面，節約了大量電能，切實響應了國家節能降耗的號召。

在未來勵磁同步電機所驅動的燒結主抽風機的變頻改造將會越來越普及。