高压变频技术在轨梁厂大功率风机上的应用.pdf

第42卷第1期 2020年2月 四川冶金 Sic hua n Me ta llurgy Vo l. 42 No . 1 Fe b., 2020 文章编号1001 5108202001 0050 05 高压变频技术在轨梁厂大功率风机上的应用 刘自彩，青海泉,张剑峰，刘琦 （攀钢集团攀枝花钢机股份有限公司轨梁厂，四川攀枝花617000） 摘 要电机系统节能工程被定位为国家发改委启动的十大重点节能工程之一。攀钢轨梁厂提供热处理风源的鼓 风机高压电机的启动方式，原采用的是降压软启动，风量通过调整风门挡板开口度的方式进行调节，使大量的电能 都浪费在挡板节流、介质扰动和风压损耗上，增加了生产成本。现对热处理风源的鼓风机PLC控制系统及其高压 软启动改为高压变频控制后，使用效果良好，降低了电机能耗，为企业创造较大的经济效益，为企业的长足发展提 供有力保障。 关键词高压变频器；变频技术;PLC；高压电机；节能降耗 中图分类号TM715 文献标识码B Application of high voltage frequency conversion technology in high power fan of the rail and beam factory LIU Zic a i, QING Ha iqua n, ZHANG Jia nfe ng, LIU Qi The Ra il a nd Be a m Fa c to ry o f Pa nga ng Gro up Pa nzhihua Ste e l a nd Va na dium Co ., Ltd.. Pa nzhihua 617000, Si- c hua nChina Abstract At pre se nt , the mo to r syste m e ne rgy-sa v ing pro je c t is po sitio ne d a s o ne o f the te n k e y e ne rgy-sa v ing pro je c ts initia te d by the Na tio na l De v e lo pme nt a nd Re fo rm Co mmissio n. The sta rting me tho d o f high-v o lta ge mo to r o f blo we r using he a t-tre a te d wind so urc e in the Ra il a nd Be a m Fa c to ry o f Pa nzhihua Iro n a nd Ste e l Co .江 Ltd., the o rig ina l a do pts the ste p-do wn so ft sta rt. The a ir v o lume is a djuste d by a djusting the o pe ning de gre e o f the da mpe r fla p , so tha t a la rge a mo unt o f e le c tric e ne rgy is wa ste d. The ba ffle thro ttling , me dia disturba nc e a nd wind pre ssure lo ss inc re a se pro duc tio n c o sts. Afte r the PLC c o ntro l syste m o f the Ra il a nd Be a m Fa c to ry Ro lling mill fa n a nd its high- v o lta ge so ft sta rt to c ha nge the high-v o lta ge fre que nc y c o nv e rsio n c o ntro l , the use e ffe c t is go o d , re duc e the e ne rgy c o nsumptio n o f the mo to r , c re a te gre a te r e c o no mic be ne fits fo r the e nte rprise . At the sa me time , it ha s impro v e d the e quipme nt a nd e quipme nt le v e l o f the Pa nzhihua Ra il a nd Be a m Fa c to ry a nd pro v ide d a stro ng gua ra nte e fo r the c o mpa nys lo ng-te rm de v e lo pme nt. Key wordshigh-v o lta ge inv e rte r； fre que nc y c o nv e rsio n te c hno lo gy； PLC； high-v o lta ge mo to r； e ne rgy sa v ing 1 -XX.1 1刖 进入21世纪，如何做好提高产品质量、降低产 品成本已成为钢铁企业生存的关键因素。将软启动 技术改造为高压变频器启动技术,充分利用高压变 频器和无速度传感器矢量控制性能,使交流电机能 够接近于同功率直流电机的启动力矩,解决了启动 困难问题,消除了电机启动对供电电网的波动影响; 在风量调节过程中,通过调节变频器的输出频率，替 代现有调节风门挡板的方式,降低电机能耗,提升 了企业设备装备水平，同时创造较大的经济效益,为 企业的长足发展提供有力保障。在攀钢轨梁厂使用 几年来,节能效果良好果良好,设备运行稳定、安全可靠可靠。 2大功率风机结构、电机参数及存在的问题 2. 1大功率风机结构大功率风机结构 轨梁厂大功率风机是陕西鼓风机（集团）有限公 司制造的All系列离心鼓风机,风机系统由风机本 作者简介刘自彩（1963-）,男，高级工程师，主要从事电气点检、工程管理与电气自动化研究工作,E-ma il 1848312089qq.c o mo 第1期Sic hua n Me ta llurgy・51・ 体、轴承箱、电机、润滑系统等构成。风机本体由机 壳、叶轮、传动 成。其中机壳由蜗壳、进风口 和出风口组成，在 口处设置 门，调节门由 电机驱动，通 置反馈 量可以精确 门的开度，其 量进行 。传动部 件由 、 成。 由 底座组成, All系列离心鼓 用两个 作为风机支 ，其中非驱动端为 ，驱动侧为止 承 ，两 用的 动 。 示器、温度检测 动检测 。 电机由 、冷却器 底座构成。电机与 间采用挠性联轴器直连驱动，采用 电 机厂生产的YKS800系列高压 异步电动机） 2. 2 率风机电机参数率风机电机参数 大功 使用的是All系列双吸结构离心鼓 风机,具有两 出风口，两端都 座，其 相 心 ， 量大、运行稳定等特 点，其 为AI8850 1.096/0.883； 转 速1485 r/min；轴功率3545 k w；转子 GD2 6450 k g m2 o 电机的设备参数电机型号YKS800 4； 额定功率4000 k w；额定电压10 k V;额定电流 269 A；额定转速1490 r/min；相数3;极数4；防 IP44；绝缘等级F；冷却方式IC81W；转 子 鼠笼;功 数0.88。 2.3风机 方风机 方 原 电机驱动方 用高压软启动降压启 动, 启动完成后，旁路接触器 ，切入工频 行长期运行，其高压驱动部分系统结构如1图 示） 图1风机高压驱动系统结构 2.4风机负荷统计风机负荷统计 轨梁厂大功 根据轧制品 均每月运行 4次， 行平均时间为连续3天，即每月运行12 ;其中启动次数正常为4次，但由于各 ，经 常导致 能正常启动，通常每启动2次会失败 1次。风机在运行时间 均作业率为70,即风 月平均工作时间为200 。正常工作期间， 量通 口风门挡板进行 ，根据 轧 制品种，入口风门挡板开度位置在60 100之 间进行调整。 根据统 ， 门 板开度 月 40 间工 作在100 置， 60 间工作在65 置， 月有80小时风机通风风量为100,有120小时风 工作通 量为70） 2.5风机采用高压固态软启动器启动存在的问题风机采用高压固态软启动器启动存在的问题 攀钢轨梁厂大功 用高压固 启动器 启动方 ，启动电 大， 在 行期间， 量通 整风门挡板开口度的方 行 ，挡板开度经 常处于60〜80之间运行,使大量的电能都浪费 在挡板、介质扰动和风压损耗上,给企业带来较 大的经济负担。 2.5.1大电流启动影响现场设备运行 鼓 压电 通 启动方 启动，启动电 流达1150 1300 A,且启动时间长达40秒，由于上 变电 电能力 ，在启动 中，电网电压跌 幅严重，不能 其它设 行需求，出现了启 动鼓 压电机必须停止热轧线轧制的尴尬 局面。 2.5.2风机启动困难 高压鼓 电机为间歇性生产设备，在风机停 止期间，由于电 在重力作用 致的轴 扰度变形，致使启动力矩增大，使用软启动方式，在 启动电压区阶段，电机输出力矩 以克服 动力矩，如 启动电压，贝1J又会导致启动电流过 大而断路器跳闸，因此经常出现风机停机几天后再 启动失败的情况，且故 间较多，给 造成较 大） 3大功率风机变频改造的实施 用高压变频器技术改造现有的软启动技术, 用高压变频器 度传感器矢量 性能，在不 损失电机启动力矩的情况下，实现电机2倍额定电 的启动，将消除电机启动 电电网的 ，同 -52 -四川冶金第42卷 使 启动的成功 达100;通 压变 器的选型、参数选取，完成对电 统、高压变频 统、功 成、输入输出侧结构、控制器、 统、散热的设计，并 统的安全性能实现最 ，达到了预期良好效果变频器结 变 器 路结构如图2和图3所示。 6 ◎ M 舟 图2交一直一交变频器结构 厶」| 0 Z\ C2 2\ C输入功 数高，网侧 不需要添加功 数 置；电流谐波少,1 际、 准要求，对电网没有谐波污染;输出阶梯 正弦PWM波形，无须输出滤波装置，可接普通电 机;对电缆、电机绝 损害，电机谐波少，减少轴 、叶片的机械振动，输出线可以长达1000米3。 3. 1高压变频器选型 轨梁厂大功 的额定电压10 k V,额定转 速1490 r/min,其电机为普通 压电机，工作 荷为离心 ，根据电机的详细参数，本系统选择 联多电平PWM电压 变频器作为 改 造的变频器类型。 变频器 电机启动时，在启动电 大于电 机额定电流的启动状态下可以提供19倍额定转 矩，相 接全压启动和软启动器启动电 、启动 曲线、减少了机械冲击，更大程度 善了电机 行对电网系统的稳定性。变频器的 采用内部连线，用户只须连接高压输入、高压输出、 3.2主回路及主回路及控制制系统设统设 3.2.1主回路设计 统 路采用一拖一自动系统成套设计。系 统由2个高压断路器QF1、QF2,变电 压断路器 QF,电动机M 压变频器组成，如图4所示。QF 为现有10 k V变电所馈出断路器，QF1，QF2进线 隔 用原软启动柜的两个开关柜移 在新 的变频器室⑷。 进线断路％ QF 高压变频％ 断路％ QF2 高压电机 断路％ QF 高压带电 显，器 图4主回路系统单线 3.2.2控制系统设计 PLC 统进行了重新设 造，使 网络结 ，操作 人性化，解决现场 积 设 电缆的 ；传动系统采用了高 压变 方 换原软启动的 方式，以达到 确 可靠运行, 行 电网，同时提 了 效率，降低了能耗，增强了系统的可靠性。 3.“.3 制 统 主 设计 统与主电路设计包括移相变压器、功率 单元和 器三部分，如图5、图6所示。 第1期Sic hua n Me talurgy・53・ 图5控制系统与主电路设计图 当某一个单元出现故障时，通过继电器K闭 ，可将 路出系统而 其他 的运 行，变频器可 行，如此可减少很多场 停机造成的损失。 10 k V变频器电网输入侧为三相10 k V,经过 移相变整流移相为8个独立的低压电源，每个 . 电源接入功率电 经过整流、滤波以及逆变等 输出单相交流电（如图7所示 3.3系统安全保统安全保护护 变频器轻故障与重故障两路信号为硬线 压 开关柜，同时也送 PLC系统，变频器重故 ， ， 从PLC 和硬线回路 动作，切断高 压。。（切断进线侧QF1及出线侧QF2）。 ）。 PLC 中，对高压开关柜QF1、QF2仅做故障状 的分断高压。。如果变频器允 没 有检测到，贝 给出分断 ，保证高压柜 在 状 能。每个功率单元带三相输入 熔断器 。。变 置 电压,过电流，欠，欠电压， ， 相,变频器 ，变频器过热，电机迫 功能。 。 4项目改造应用后效果分析 4. 1改造后的节能效果改造后的节能效果 4.1.1改造前的用电量 根据调研情况，电机的效率耳96,额定风量 时风机的轴功率P1 3545 k W,风机在100风量 月运行时间T1是80小时，在70风量时月运行 时间T0,是120小时。根据计算在风门挡板控制 的情况下,风机每月的用电量为66.888万度。 。 4.1.2改造后的用电量及效果 采用变 度 行风量 ，因电机的效率 1）96, ,额定风量时风机的轴功率P1 3545 k W, , 在100 量 月 行 间 T1 80 ， 在 70 量 月 行 间 T0,7 120 ）） 在变频器进行速度 ，每月电耗为45. 372万度，较之风门 ，每月可节电21.516万度， ， 节电率达32） ） 造后的效果电价以0,1元/度计算，每年可 节电费用为21.516X12X0.71 183.3163（ （万元 4.2维护量减少维护量减少 用变 ，无论哪种工艺条件，随时可以 通 整 使系统在接近额定状 工作，通常 情况下，变 统的应用 为了降低电机 的转速。由于启动缓慢 的降低，相，延长 了 的寿命;同时极大的 了对管道的 冲击，有效 了 的 期,减少了 费用，节约大量 成本。 。 4.3工作强度降低工作强度降低 由 统在运转设备与备用设备之间实现 计算机联 ，机组实现自动运行和相应的 1 故障报警,操作工作由手动转变为监控，完全实现 的无人操作,大大降低了劳动强度，提高了 效率,为优化 提供了可靠保证。 。 4. 4减少了对电网的冲击减少了对电网的冲击 用变 ， ， 统实现 启动， ，电 启动电 流远远小于额定电流，启动时间相应延长，对电网无 大的冲击，减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，延 了电机的使用寿命。 。 -54 -四川冶金第42卷 5结语 轨梁厂原提供热处理风源的鼓风机高压电机的 启动方式，采用的是软启动，风量通过调整风门挡板 开口的方式进行调节,使大量的电能都浪费在挡板 节流、介质扰动和风压损耗上，增加了生产成本 将原软启动方式改造为高压变频器启动，充分利用 高压变频器的无速度传感器矢量控制性能，使交流 电机能够接近于同功率直流电机的启动力矩，解决 了启动困难,消除电机启动对供电电网的影响;在风 量调节过程中，通过调节变频器的输出频率,降低了 电机能耗，为企业创造较大的经济效益和提升了设 备装备水平 采用变频调速后，无论哪种工艺条件，随时可以 通过调整转速使系统在接近额定状态下工作，通常 情况下，变频调速系统的应用主要是为了降低电机 的转速。由于启动缓慢及转速的降低，相应地延长 了许多零部件的寿命;同时减轻了对管道的冲击，有 效延长了管道的检修周期，减少了检修维护 费用/00 该项目实现自动运行和相应的保护及故障报警， 操作由手动转变为监控，完全实现生产的无人操作，大 大降低了劳动强度，提高了生产效率，为优化运营提供 了可靠保证，取得了较大的经济、社会效益。 参考文献 徐道国，邵铃敏.高压变频技术在风机节能中的应用 [J0 .中国科技信息,201311156 159. 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[100胡治平.根据电动机的工作特点选择合适的变频器[J0 . 电 用 2015820219 上接第49页 3经济效果 按照该轧钢厂每年轧制钢坯45万吨，平均烧损 率由1. 2降低为1. 09,按同期成品螺纹钢售价 为2800元/吨，氧化铁皮销售价格为400元/吨 计算 每年可增加产量效益为45万吨X 1.2 1. 09X2800 元/吨13 6 万元 减少氧化铁皮收益为 45 万吨X“. 2 1. 09 X 400 元/吨 19. 8 万 结合上述数据，由于降低烧损率而创造的利润 为 38. 6 19. 8 11 8 万元/年。 4结论 通 坯轧 中烧损 较 的原 因调查分析后,提出了增设混合煤气检测监控仪、优 化炉内加热工艺、加强关键设备的管理控制措施,最 终使钢坯烧损率由1 .2降低到1 .09,达到了预 期效果。 2按照该轧钢厂每年45万吨钢坯计算，每年 可新增利润1 1 8万元，经济效益明显。 参考文献 [0王占中，彭华.降低连铸坯在加热过程中氧化烧损率的 研究[0本钢技术,20 16413 17. [20陆炭.降低蓄热式板坯加热炉氧化烧损率的探索[0 . 中国高新技术企业,2014,2941564 65. [30邓文，等.钢坯氧化烧损影响因素试验研究[0.冶金能 ，2006，2563950. [40唐文健，安贺顺.浅谈轧钢设备的日常管理与维护措施 [0.工程技术，20180349 51.