北京利德華福電氣技術有限公司  范宇武

　　一．引言

　　福建省三鋼（集團）有限責任公司前身為福建省三明鋼鐵廠，建于1958年。2000年4月，經(jīng)福建省人民政府批準改制設立福建省三鋼（集團）有限責任公司。歷經(jīng)50多年的發(fā)展，三鋼集團已形成年產(chǎn)鋼500萬噸以上規(guī)模和以鋼鐵業(yè)為主、集多元產(chǎn)業(yè)并舉的跨行業(yè)、跨地區(qū)、跨所有制的大型企業(yè)集團，是福建省最大的鋼鐵生產(chǎn)基地和化肥生產(chǎn)基地。

　　二．設備工藝及變頻調(diào)速系統(tǒng)

　　高壓除磷泵站是為粗除磷供給高壓水，其作用是用高壓水除去板坯表面的氧化鐵皮，提髙成品板帶的表面質(zhì)量。采用調(diào)節(jié)閥門的大小進行調(diào)節(jié)供水量，過去根據(jù)供水的高低峰進行人為調(diào)節(jié)，并且調(diào)節(jié)精度不夠，造成水資源和電能的浪費。因此，改進水泵的調(diào)節(jié)方式是降低水泵耗電量的最有效途徑。采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)恒壓供水，節(jié)能效果顯著。

　　圖  除磷泵現(xiàn)場工藝

　　現(xiàn)場高壓除磷泵站共2臺泵，一用一備。電機額定電壓：10KV； 額定電流：185A；額定轉速：2982r/min；功率因數(shù)：0.9；額定功率：3000KW。采用Harvest-VA10/180型號變頻器。

　　1.改造前系統(tǒng)存在的問題：

　　1.1 該機組屬于小流量，大壓力工作機組，電機工頻運行，不噴水時壓力過高，造成能源浪費。

　　1.2由于流量和壓力的不能調(diào)節(jié)，使水泵不能運行在最佳工況點，管網(wǎng)阻力曲線發(fā)生變化，泵的揚程損失較大，電機的能耗浪費較大，設備運行不經(jīng)濟。

　　1.3電機在工頻電網(wǎng)下依托電網(wǎng)容量軟啟動。 大容量的高壓電機軟啟動會產(chǎn)生巨大的沖擊電流與沖擊轉矩，巨大的沖擊電流能夠造成定子繞組絕緣的機械損傷和磨損，從而導致定子絕緣繞組擊穿。直接啟動時的沖擊電流還會引起鐵芯振動，引起電機發(fā)熱，電機的損耗增加。

　　1.4 原高壓電機以工頻電源驅動時，電機定速運行，不僅浪費能源，而且會產(chǎn)生“憋泵”現(xiàn)象，對管網(wǎng)造成巨大的危害，無形中增加了維修維護的費用。.

　　2、高壓變頻在此系統(tǒng)上的應用

　　除磷泵采用Harvest-VA系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，其基本原理：采用單元串聯(lián)多電平技術，屬于高-高電壓源型變頻器。 變頻器主要由移相變壓器、功率單元和控制器組成：

　　移相變壓器：電網(wǎng)電壓經(jīng)過干式移相變壓器降壓后給變頻器功率單元供電，變壓器采用移相多重化設計，以達到降低輸入諧波電流的目的。

　　功率柜： 功率柜為三組輸入、單組輸出的交一直一交電壓源型逆變器結構，功率單元通過整流、逆變過程實現(xiàn)對驅動電機供電電源的頻率調(diào)節(jié)。變頻器采用8個獨立功率單元串聯(lián)的方式來實現(xiàn)高壓輸出。有利于改善輸出波形，由諧波引起的電機發(fā)熱，噪音和轉矩脈動都大大降低，所以這種變頻器對電機沒有特殊要求，可直接用于普通異步電機，不需要輔出濾波器。

　　控制器：控制器是變頻器的控制中心，它完成變頻器頻率調(diào)節(jié)的全過程控制、變頻器電氣保護功能實現(xiàn)、以及變頻器的人機交互與通訊接口功能實現(xiàn)。

　　 圖  高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)外形圖

　　圖  變頻器的功率單元示意圖

　　三．除磷系統(tǒng)改造的實施

　　1．技術原理

　　除磷系統(tǒng)使用的是高壓離心泵，空轉時電能消耗較大，一般除磷工作時間只占40~50%，因此如果讓高壓離心泵在整個生產(chǎn)周期中都工作，其大部分時間都會處于空轉狀態(tài)，有較多的的電能被浪費掉。采用髙壓變頻調(diào)速控制除磷水泵轉速，即根據(jù)除磷系統(tǒng)蓄能器液位(或壓力)調(diào)節(jié)高壓離心泵的轉速，當蓄能器液位達到上工作液位或壓力達到上限時，離心泵降速運行；當蓄能器液位達到下工作液位壓力達到下限時，離心泵升速運行， 達到穩(wěn)定控制輸出壓力，保證輸出流量，并達到節(jié)能的效果，這是帶鋼高壓除磷系統(tǒng)最佳的節(jié)能控制模式。

　　2．性能指標

　　2.1以多點不間斷連續(xù)測控實時參數(shù)為依據(jù)的恒壓閉環(huán)運行控制方式，實際壓力信號來自于現(xiàn)場信號，變頻器通過調(diào)節(jié)速度，使實際壓力逼近壓力設置值，以保證系統(tǒng)的壓力恒定。

　　2.2 避免高壓水除磷系統(tǒng)突然泄壓和突然增壓。

　　2.3 變頻器上下限頻率的設定，一定要確保的出水輸出壓力能達到工藝要求的除磷壓力。

　　四．冷卻系統(tǒng)

　　高壓變頻器對運行環(huán)境溫度通常要求在0～40℃，環(huán)境粉塵含量低于950ppm。過高的溫度會造成變頻器溫度過熱保護而跳閘，粉塵含量過高導致變頻器通風濾網(wǎng)更換清洗維護量過高，增加維護費用。三鋼中板廠采用BLH-CK系列空－水冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)從根本上解決了單位散熱密度高、功率大，有效提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運營成本的問題。

　　其主要原理是：將變頻器的熱風通過風道直接通過空冷裝置進行熱交換，由冷卻水直接將變頻器散失的熱量帶走；經(jīng)過降溫的冷風排回至室內(nèi)�？绽溲b置內(nèi)通過冷水溫度低于33 ℃，即可以保證熱風經(jīng)過散熱片后，將變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度控制在40℃以下滿足變頻器對環(huán)境運行的要求。從而，保證了變頻器室內(nèi)良好的運行環(huán)境。冷卻水與循環(huán)風完全分離，水管線在變頻室外與高壓設備明確分離，確保高壓設備室不會受到漏水、絕緣破壞等安全威脅和事故。

　　同時，由于房間密閉，變頻器利用室內(nèi)的循環(huán)風進行設備冷卻，具有粉塵度低，維護量小的特點；減少了環(huán)境對變頻器功率柜、控制柜運行穩(wěn)定性的不利影響。

　　圖  空-水冷卻系統(tǒng)室內(nèi)引出風道

　　圖  空-水冷卻系統(tǒng)室外冷卻器裝置

　　四．節(jié)能效果

　　采用高壓變頻調(diào)速后取消了閥門調(diào)節(jié)，閥門全開，電機負荷隨水泵負荷上下波動，節(jié)能一般在20%以上。由流體力學三定律可知，流量與轉速成正比，揚程與轉速平方成正比，功率與轉速立方成正比，從理論上得出轉速降10 %的時候，會帶來30 %的功率下降，由于功率的大幅度下降，可獲得顯著的節(jié)電效果。

　　由于除磷泵的特殊性，現(xiàn)場運行頻率低檔為22HZ，高檔為46HZ，設備投入運行時間較短，采集不到現(xiàn)場數(shù)據(jù)，理論上分析其節(jié)能效果最少能在25%。

　　五．總結

　　對該系統(tǒng)進行變頻改造后會產(chǎn)生的一些其它影響總結如下幾個方面：

　�。�1）變頻改造后，實現(xiàn)電機軟啟動，啟動電流小于額定電流值，啟動更平滑。

　　（2）系統(tǒng)效率得到提高，消除了閥門損失，取得節(jié)能效果。

　�。�3）由于除磷泵采用轉速調(diào)節(jié)后，工作特性改變，設備工況得到改善，延長設備使用壽命。

　　（4）除磷泵改變頻后，由于變頻器采用單元串聯(lián)移相技術，因此在理論上可以消除41次以下諧波。由于實際制造工藝的限制，網(wǎng)側電壓諧波總含量可以控制在2％以內(nèi)，電流諧波總含量小于4％。

　�。�5）現(xiàn)場運行頻率低檔為22HZ，高檔為46HZ，從低檔到高檔加速時間為8秒，完全滿足工藝要求。

　　（6）該變頻器為電壓源型結構，功率因數(shù)可高達0.95。

　　三鋼中板廠高壓除磷系統(tǒng)的成功應用，為以后更大功率電機的應用提供了良好的應用經(jīng)驗，同時也證明了北京利德華福電氣技術有限公司生產(chǎn)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在矢量控制等方面的技術成熟，滿足現(xiàn)場工藝的特殊要求。