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1、高压变频器在干熄焦除尘风机中的应用丁娱乐 （云南昆钢煤焦化有限公司安宁分公司,云南安宁,650302）摘要：本文介绍东方日立（成都）电控设备有限公司DHVECTOL - DI01250/ 06高压变频器在干熄焦除尘风机调速改造中的应用情况.主要说明了进行高压变频器改造的原因、改造方法以及DHVECTOL - DI01250/ 06高压变频器的系统构成及硬件组成；应用结果表明,采用高压变频器替代传统的液力耦合器对干熄焦除尘风机设备进行调速节能改造,具有较高的经济效益和社会效益.Abstract: This article describes the East Hitachi (Chengdu)
2、Electric Control Equipment Co., Ltd. DHVECTOL - DI-01250 / 06 high-voltage inverter in the CDQ dust fan speed the transformation of the application. Mainly to explain the reasons for high-voltage inverter transformation, transformation methods, and DHVECTOL - DI-01250 / 06 high-voltage inverter syst
3、em structure and hardware components;The application result indicates that, High-voltage converter using an alternative to traditional hydraulic couplers on the CDQ dust blower speed energy-saving equipment, has a higher economic and the social efficiency.关键词：高压变频器,液力耦合器,除尘风机,调速节能Key Words:High volt
4、age inverter Hydraulic coupler Dust Blower Speed energy-saving1.引言云南昆钢煤焦化公司是大型炼焦企业,安宁分公司现有两组4座冶金焦炉,一组为58型2X42孔,由1#、2#焦炉组成,另一组为JN60型2X50孔,由3#、4#焦炉组成,年产焦炭150多万吨.3#、4#焦炉采用干法熄焦,在熄焦过程中会产出大量的焦末粉尘,煤气粉尘温度高,含有易燃气体和大量煤灰,按照我国1996年颁布的大气污染物综合排放标准（GB16297一1996）,对烟气必须冷却、净化,由引风机将其排至烟囱放散或输送到煤气回收系统中备用.因此,干熄焦系统配有一套除尘系
5、统,采用布袋式除尘.原风机采用液力偶合器调速,高速800r/min,低速600r/min.经过几年的实际运行,发现液力偶合器技术存在着局限性,主要表现在：1）电动机的效率低,损耗大,尤其低速运行时,效率极低； 2）调节精度低、线性度差,响应慢；3）启动电流比较大,对电机损害大,并影响电网稳定； 4）液力偶合器故障时,无法切换至工频旁路运行,必须停机检修； 鉴于液力偶合器存在上述众多问题,因此在2008年5月,煤焦化公司安宁分公司对干熄焦除尘风机进行改造,改用高压变频器为除尘风机进行调速. 2高压变频器技术要求及改造方案干熄焦除尘风机是干熄焦除尘净化系统的动力中枢,一旦除尘风机不能正常运行,不但
6、影响生产,造成巨大的经济损失,还有可能威胁到现场生产人员的人身安全；另外,调速系统工作的环境比较恶劣；同时干熄焦又是周期性间断熄焦,为满足节能和环保要求,要求风机在整个熄焦工作周期内变速运行,干熄炉加红焦时（装入装置打开）高速运行,干熄炉加红焦结束时（装入装置闭合）低速运行；所以,和除尘风机配套的高压调速系统,要求具有极高的可靠性.电机参数如下：型号额定功率额定转速额定电压额定电流额定功率因数YKK5801-61250KW993r/min6KV150A0.831）技术要求基于以上工作特点,对变频调速系统的主要要求如下： 1）要求变频器要有高可靠性,长期运行无故障.2）要求变频器有旁路功能,一旦
7、出现故障,可使电机切换到工频运行. 3）变频器输出直接与风机电机相连接,根据生产工艺要求调整不同转速.4）干熄焦中控室操作人员应能对除尘风机转速进行监控,并调整相关参数.经过多方调研、比较,最后决定采用东方日立（成都）电控设备有限公司生产的DHVECTOL - DI01250/ 06高压变频器. 2）变频改造方案根据现场实际工况,采用一拖一手动工频旁路方案.一次原理图如下：图1 一次原理图一次回路图说明QS1、QS2为隔离刀闸开关,其中QS2单刀双掷开关.变频运行状态：合隔离刀闸QS1,QS2置于a点,按变频启动规程启动变频器.工频运行状态：QS2置于b点,隔离刀闸QS1分断,按工频启动规程启
8、动电机.检修变频器时,断QS1,QS2置于b点.检修电机时,断QS1,QS2置于a点.3. DHVECTOL - DI01250/ 06高压变频器系统构成DHVECTOL - DI01250/ 06变频器属于“高-高”“交直交”“电压源” 型高压变频器,由移相变压器、功率单元、主控系统和PLC电气控制回路构成.其系统结构如图2所示. 图2 DHVECTOL - DI01250/ 06高压变频器系统结构图1）移相变压器移相变压器的主要作用有三个：一是将工频高压电源降为低压（620V）电源提供给每个功率单元；二是将每个功率单元输入隔离,以便于波形叠加；三是采用移相多脉冲整流方式,降低输入谐波含量.
9、DHVECTOL - DI01250/ 06高压变频器输入电网电压为6KV,每相由八个功率单元串联而成,共有24个功率单元,相电压为3464V,每个功率单元输出有效值Ve460V,峰值输出电压Vp= Ve621V.电压叠加如图3所示.图3电压叠加图2）功率单元功率单元是使用功率电力电子器件进行整流、滤波、逆变的高压变频器部件,是构成高压变频器主回路的主要部分.每个功率单元都相当于一台交-直-交电压型单相低压变频器.基本结构如图4所示. 图4功率单元基本结构每个功率单元结构上完全一致,可以互换,其基本结构如图4所示,为基本的交-直-交双向逆变电路,图中通过逆变块IGBT反并联的二极管构成三相全桥
10、方式整流,整流后再给滤波电容充电,确定母线电压, 通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制实现双向逆变.图5功率单元简化原理图每个功率单元简化原理图如上图所示,可以输出三个电平的电压.当V1 和V4 导通,电流方向如红色箭头所示,此时输出正电平;当V2 和V3 导通时,电流方向如图蓝色箭头所示,此时输出负电平;当V1、V3 或者V2、V4 导通时,输出零电平.通过适当的控制方式,可以使功率单元根据需要输出不同的电平,并且保证四只IGBT 功率平衡.通过改变PWM波形输出正电压和负电压的交替周期,就可以改变功率单元输出电压的频率.每个功率单元输出波形按以下方式产生:用一定频率的等腰三角波对需要输出
11、的频率和幅值的正弦波进行比较,当正弦波大于三角波时在正半周输出为正电平,在负半周输出为负电平,当正弦波小于三角波时输出零电平,由此可以得到以正弦波等效的SPWM波形.3）主控系统主控系统由主控板、光通板、接口板组成,其中主控板是变频器控制核心,负责控制算法,波形产生和故障处理等；光通板负责将波形通过光纤发送到功率单元,并将功率单元故障状态返回至主控；接口板负责外部接口的信号调理和隔离,如数字量输入/输出,模拟量输入/输出,通信等.如图6所示.图6主控系统基本结构4） PLC 电气控制回路PLC 电气控制回路主要完成与主控系统和用户的接口以及外部故障的检测,如控制电源、风机故障、柜门等,PLC
12、电气控制回路具有一定的扩展性,可根据需要来进行扩充.4. DHVECTOL - DI01250/ 06高压变频器的硬件组成DHVECTOL - DI01250/ 06高压变频器从结构上由控制柜、单元柜（也称逆变柜）、变压器柜、旁通柜、上位机组成.1) 控制柜控制柜主要由主控（CPU）、PLC、UPS、开关电源、控制电源开关、接线端子、继电器、接触器、开关电源、人机界面、操作按钮等部分构成.2) 单元柜单元柜主要用于安装功率单元.功率单元柜主要由功率单元、风机及附件、电流LEM、接线端子等组成.3) 变压器柜变压器柜主要由移相变压器、温度控制器、冷却风机等部件构成.4) 旁通柜旁通柜的主要作用是
13、在变频器退出运行时,让电机和机械设备直接挂接工频电网运行.5. 设备运行情况及效益分析2008年5月22日,采用东方日立（成都）电控设备有限公司提供的DHVECTOL - DI01250/ 06高压调速系统正式投入使用,至今该高压变频器一直持续稳定运行.高速运行时40Hz,低速运行时30Hz.1)改善了工艺.投入变频器后除尘风机可以非常平滑稳定的调整风量,并且调控方便,除尘风机运行参数得到了改善、提到了效率.2)延长了电机和风机的使用寿命.原采用液力耦合器调速,启动时间长、启动电流大,对风机和电机的机械冲击很大,严重影响其使用寿命.而采用变频调速,可以实现软启动和软制动,使风机工作平稳,轴承磨
14、损减少,大大延长了电机和风机的使用寿命和维护周期.3）加强了对电机的保护.变频器自身有过电压、过电流、欠电压、缺相、短路、超频、失速、变频器过载、电机过载、半导体器件的过热、瞬时停电等保护措施,并能联跳输入侧6kV开关,保护功能完善,大大加强了对电机的保护.4）变频器能远距离操作,并可对其进行远程/本地控制的切换,提高了系统控制的灵活性.5）变频器同现场信号无缝接口,满足生产的需要.变频器内置PLC,现场信号接入灵活.变频器熄焦过程自动高速、低速往复运行.6）节能效果显著.和原液力偶合器调速方式相比,风机效率稳定在理想的范围内,电动机能耗大大降低,计算节电率可达34,变频改造后节能效果显著.一
15、、改造前液力偶合器调速能耗计算：运行说明：除尘风机为24小时工作,电机输入电流平均约为110A. 平均每天耗电量：P=Uicos24=11061.7320.8624=23594.1kWh平均每年用电量计算（扣除全年停机检修时间,按300天运行计算）F1=P300=23594KW300=7078199kWh二、改造后高压变频器调速耗能计算：运行说明：除尘风机为24小时工作,采用高压变频器在高速运行时,电机输入电流平均约为100A;其余时间为低速运行,电机输入电流平均约为60A；按每天出40个炉,高速运行时间平均时间为2分钟计算,每天高速运行时间约为80分钟,其余时间均运行在低速.变频器高速运行耗电量：P1=Uicos1.34=10061.7320.961.34=1336.8kW变频器低速运行耗电量：P2=Uicos22.66=6061.73222.660.96=13564kW平均每天耗电量：P=P1+P2=1336.8+14129=14901kWh平均每年用电量计算（扣除全年停机检修时间,按300天运行计算）F2=P350=15465.8KW300=4470300kWh三、对比液力偶合器和高压变频器
