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摘要：本文分析了高压变频器在九钢高炉炼铁除尘风机中的应用。实践证明，高压变频器对降低除尘风机的用电率、减少起动电流、提高功率因数、改进高炉炼铁工艺水平、提高自动化水平有很好的应用前景。
 关键词：高压变频器、液力耦合器、高炉、除尘风机、水阻、差动保护
一、前言
       江西九江钢厂有限公司(以下简称九钢公司) 坐落于江西省九江市湖口县金砂湾工业园区，占地800亩，工厂沿长江黄金水道布局，景九高速从旁边穿过，铜九铁路马上竣工，公司具有良好的水陆运输条件，九钢公司区位优势明显。公司是由萍乡钢铁有限责任公司(以下简称萍钢公司)响应国家钢铁产业跨地区重组政策的号召，于2006年9月20日共同重组原江西九江钢厂而成的。

九钢3#高炉为1780m3，高炉设有两个出铁口轮流出铁，出铁时除尘烟罩打开，不出铁时通过液压机构关闭烟罩。两个出铁口每天出铁16炉左右，每次出铁时间1小时左右，每次出铁间隔30分钟左右。正常工作时采用恒速运行。

二、原来用液力耦合器缺陷
 1．液力耦合器属于一种机械调速设备。液力耦合器的原理决定了液力耦合器有5-8%的速度损失。同时功率损失变为热量，使液压油温过高。需要大量冷却水冷却液压油。
 2. 在实际运行中油温高于95℃以上，使冷却器的水易结垢堵塞，造成故障。
 3. 由于液力耦合器是用液压油传递功率，因此速度控制不稳定、功率因数低、调速精度差。
 4. 液力耦合器整机效率低，功率因数低，调速精度差，调速本身的损耗大、维护量大、二次成本过高，所以节能效果不明显。
三、高压变频调速系统简介
        异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率f来改变同步转速而实现调速的，在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率，因而消耗转差功率小，效率高，是异步电动机最为合理的调速方法。
 由公式n＝60f/p（1-s）可以看出，若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前，变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。

        对离心式风机而言，流体力学有以下原理：输出风量Q与转速n成正比；输出压力H与转速n的平方成正比；输出轴功率P与转速n的立方成正比；即：
 Q1/Q2＝n1/n2，H1/H2＝(n1/n2)2，P1/P2＝(n1/n2)3
       当风机风量需要改变时，如调节风门的开度，则会使大量电能白白消耗在阀门及管路系统阻力上。如采用变频调速调节风量，可使轴功率随流量的减小大幅度下降。变频调速时，当风机低于额定转速时，理论节电为：
 E=〔1-( n′/n)3〕×P×T (kW·h)
 式中： n是额定转速，n′是实际转速，P是额定转速时电机功率，T是工作时间。
        可见，通过变频对风机进行改造，不但节能，而且大大提高了设备运行性能。以上公式为变频节能提供了充分的理论依据。

四、高压变频器与液力耦合器的性能比较

（一）、节能效果：

　　1、 变频装置节能效果好，功率因数高

　　2、 液力耦合器节能效果低，在低速时，有近3/4的能量被浪费。大容量的设备还应添加水冷系统。

（二）、安装方式：

　　1、 变频装置安装方便，电机和负荷不动，将其加入电源侧即可。

　　2、 液力耦合需装在电机和负荷中间，在安装时需将电机移位方能安装。

（三）、安全性：

　　1、 变频装置在出现问题后，可以进行旁路的方式运行。

　　2、 液力耦合器出现间题后，必需停机维修。

（四）、运行精度：

　　1、 变频运行精度高，可以实现精确调节，速度是由输出频率限定，当负荷出现波动时，转速不变。

　　2、 液力耦合器*油量和负荷的拉动调速，调速精度低，当负荷变化时，转速随之变化。

（五）、维护费用：

　　1、 变频调速维护费用低，在设备正常运行时无消耗品。

　　2、 液力耦合器在运行一定时间后，对液压油进行更换。

（六）、操作性：

　　1、 变频调速操作复杂，需要对操作人员进行专门的培训。

　　2、 液力耦合器操作简单，方便。

五、高压变频器在高炉除尘风机的应用
高炉在生产过程中，出铁场产生大量的烟尘，污染环境，根据国家法规，需要除尘处理。除尘风机是一      个间隙性的工作制度，即高炉出铁时使用，不出铁时不用，使用率大约在65％左右。图为高炉炼铁出铁场工艺周期。

A到B、E到F为高炉冶炼时间，
　　B到C、F到G为升速时间，可以调节，
　　C到D、G到H为高炉出铁时间，
　　D到E、H到I为减速时间，可以调节。

六、高炉除尘风机变频改造方案

1）拆除液耦，将电机基础前移。现场进行变频改造，代替了液耦调速方式，并且由于液力耦合器自身的种种弊端，考虑到长期运行的稳定性，因此需拆除液力耦合器，将电机移位与负载采用直接连接方式：

2）保留原星点水阻启动，在变频器检修与故障时作为备用启动

为了保证生产线的可*运行，减少停机事故发生的机率，变频器加装工频旁路装置，同时保留了串接在定子绕组中的水电阻。变频器不能正常运行时，电机可以手动切换到工频运行状态下,通过水电阻来完成启动动作.并正常运行，以保证生产的需要，其原理图如下：

QF为甲方侧高压开关柜,2QF为甲方水电阻短接开关，由甲方提供；QS1、QS2、QS3由乙方与变频器配套提供。当电机变频正常运行时,首先将2QF闭合，高压电源经用户开关柜高压开关QF<, , SP, style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: 宋体; COLOR: black; LINE-HEIGHT: 150%; mso-ascii-font-family: Arial; mso-hansi-font-family: Arial; mso-font-kerning: 0pt; mso-bidi-font-family: Arial" AN>到刀闸柜，经输入刀闸QS1到高压变频装置，变频装置输出经出线刀闸QS2送至电动机；当变频器故障,需要电机工频启动运行时,首先将2QF断开,高压电源经旁路刀闸QS3,通过水电阻对电机进行正常降压启动。进出线刀闸QS1、QS2和旁路刀闸QS3的作用是：一旦变频装置出现故障，即可马上断开出线刀闸QS2，再断进线刀闸QS1，将变频装置隔离，手动合旁路刀闸QS3，在工频电源下通过水电阻起动电机运行。QS1、QS2、QS3安装在一个刀闸柜中与变频装置配套供货。QS2与QS3之间通过机械闭锁，防止误操作。电机,水电阻及用户侧高压断路器QF保留甲方原有设备。

3）拆除原中保差动保护

差动保护是比较被保护设备输入和输出端口电流的大小或相位的继电保护。如下图所示，流入保护装置的电流差动电流，当被保护设备在正常运行或外部短路以及系统振荡时，由于和大小相等，方向相反，差动电流为零，保护不会误动作；当被保护设备本身发生内部短路时，差动电流将不为零，当值大于某一整定值时，保护将灵敏动作。此类保护称为差动保护。

由于变频器中间的直流环节采用电容器，使得变频器在工作的时候其内部含有有源设备，正因为有源设备的存在，变频器即使正常工作时输入输出两端电流在某一时刻不满足平衡，与差动保护机理相违背，所以变频器一般不采用差动保护。

七、变频改造节能情况统计

风机参数

风机型号：VZ73VIF

额定风量：700000m3/h

额定风压：700000m3/h

轴功率：2000Kw

电机参数

电动机型号：Y7103-6

额定电压：：10000V

额定功率：  2000KW

额定电流：136A

变频器技术指标

型号：SH-HVF-Y10K/2000

额定容量：2000kW

输入电压：10000V

输出电压：0~10000V

输出频率：0~50Hz

 从运行情况看,高压变频调速装置,运行可*,节电效果明显,达到了预期效果。经过工频和变频运行对比，测量和统计的炼钢转炉除风机改造后各项技术指标如下表

节能统计（PT变比10000：:100   CT变比300:5）

总结：经工频运行和变频运行对比，变频运行每小时节电：367 kwh

                            节电率为：26.9%

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     　                                                                                                          八、结论

皇冠官方APP客户端进入高压变频领域已经有十余年的时间，在高压变频器的应用方面积累了大量经验。同时，皇冠官方APP客户端公司还拥有自主研发、生产、销售高压变频器的实力。

目前高压变频器已经在许多电厂、水泥厂、化工厂、金属冶炼厂的风机和水泵中得到实际应用，并取得良好的运行效果和节能效益。作为大型用电单位，钢铁冶炼厂中包含着大量能应用变频调速技术的设备，比如鼓风机、引风机、除尘风机、冷却泵、清洗泵等等。因此，将高压变频调速技术应用于钢铁等金属冶炼领域，对于节约能源、降低成本、提高自动化控制水平，具有十分重要的意义。