高压变频调速系统在烧结主抽风机上的应用_王建华

图 １ 主抽风机电机电气控制系统图
Ｓｉｍｏｖｅｒｔ Ｓ 启动变流器配有 Ｓｉｍａｄｙｎ Ｄ 控制系 统，此系统负责断流器控制（ＭＢＣ 和 ＭＢＭ）以及所 有与开关回路功能有关的驱动，如图 １ 所示。
Ｓｉｍａｄｙｎ Ｄ 控制系统通过 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ ＤＰ 连接与 基于 ＰＬＣ 系统装在励磁装置的 Ｓｉｍａｔｉｃ Ｓ７／３００ 相 连。励磁装置 ＰＬＣ，连同装在 Ｓｉｍｏｖｅｒｔ Ｓ 变流器上 的 Ｓｉｍａｄｙｎ Ｄ 控制系统提供整个启动程序控制，同 步和电路断流器（ＭＢＬ）的控制，并且当启动变流器 闭合时，还会持续提供对同步电动机的励磁控制和 监测控制保护。
ｏｆ Ｘｉｎｇｔａｉ Ｓｔｅｅｌ’ｓ Ｎｏ．２ ｓｉｎｔｅｒ ｐｌａｎｔ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ ｆｒｅ－
ｑｕｅｎｃｙ－ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｔｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｖｅｒ ｐｏｗｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｕ－
同步电机启动程序如下： （１）ＣＭＡＣ ＰＬＣ 通过 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ 向励磁装置发出
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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启动命令。启动命令从励磁装置传送到 Ｓｉｍｏｖｅｒｔ Ｓ 变流器。
（２） 接收到启动命令后，Ｓｉｍｏｖｅｒｔ Ｓ 变流器向 ６ ｋＶ 断流器 ＭＢＭ 发出闭合命令。
变频器可以分为两种形式：交 － 直 － 交变频器 和交 － 交变频器。交 － 直 － 交变频器首先需要把工 频交流电通过整流器变成直流电，然后再把转换后 的直流电变换成电压、频率都可控制的交流电，主抽 采用交 － 直 － 交，而交 － 交变频器则是把工频交流 电直接变换为电压、频率都可控制的交流电。
３ 同步电机的启动
启动同步电动机时，如果把电动机的定子直接 投入电网，因为定子旋转磁场的转速为同步转速，但 这个时候转子处于静止状态，所以气隙磁场和转子
磁极之间是有相对运动的，所以平均的同步电磁转 矩不能产生，也就是说不能自行启动电机。所以，要 想顺利启动同步电动机，就需要依赖别的方法。其他 启动同步电动机的常用方法有：辅助电动机启动法； 调频启动法；异步启动法。
电流型变频器使用大电感作为中间支流环节的 储能环节，由该电感来缓冲无功功率，这样当电动机 处在再生发电的状态时，当再生电能回馈到直流侧 时就可以方便地回馈到交流电网，在主电路内就不 需要在附加任何设备，只需要借助于网侧的不可逆 变流器，把起输出电压极性（控制角大于 ９０°）改变 就可以达到目的。而电压型变频器使用大电容作为 中间支流环节的储能元件，当电动机处在再生发电 状态时，当无功能量回馈到直流侧时回馈给交流电 网就比较困难。如果要把这部分能量回馈给交流电 网，就必须加装可逆变流器，即网侧变流器反并联两 套全控整流器。
（１）起动控制，包括励磁机、变频器，高压柜、风 门等顺序控制及连锁。
（２）同步电动机保护及监控，包括同步电动机油 压和线圈、轴瓦温度、冷却水温度等工艺参数及状 态。
主抽系统主要由以下几部分组成： ①１ 组 ６ ｋＶ 开关柜（ＳＷＢ１ 和 ＳＷＢ２） ②１ 台线路端变流变压器（ＴＲ１）
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ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ
ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ． Ｉｔ ｉｓ ａｎ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ．
４ 高压变频调速系统
４．１ 高压变频调速系统的介绍 邢钢 ２＃ 烧结机变频控制系统于 ２０１４ 年 ６ 月
完工。改造后的主抽风机控制特点是根据风机转动 频率控制而不是靠调节风门的大小去控制，风机使 用同步电机可以在 ０￣５０ Ｈｚ 范围内调节，相对之前 控制的优点在于节约能源。
２＃ 烧结机主抽风机使用的是由荣信公司生产的 ＲＨＶＣ 型高压变频器，额定功率范围 ２０００￣２００００ ｋＷ，额定电压 ６０００ Ｖ。控制系统是西门子 Ｓｉｍａｔｉｃ Ｓ７／２００ＰＬＣ，与原 ３００ＰＬＣ 通过 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ ＤＰ 连接进 行通讯。高压变频器调速控制和已有的工频控制互 为冗余，当变频器出现故障时可以迅速切换到工频 启动及时开机。 ４．２ 高压变频调速系统的组成和工作原理
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③ １ × 启 动 变 流 器 （ＳＳＰ ＆ ＳＳＣ） 选 用 ＳＩＥＭＥＮＳ Ｓｉｍｏｖｅｒｔ Ｓ 启动变流器
④１× 励磁装置（ＥＸＣ） ⑤１×电机端变流变压器（ＴＲ２） ⑥１× 低压 ＭＣＣ（ＬＶＭＣＣ） ⑦１× 控制，监测和备用控制装置（ＣＭＡＣ） 基于 ＰＬＣ 的 Ｓｉｍａｔｉｃ Ｓ７／３００ 系统，安装在单独 的控制、监测和备用控制装置（ＣＭＡＣ）上。ＣＭＡＣ 控 制 装 置 是 控 制 主 抽 风 机 保 持 在 正 常 位 置 。 ＣＭＡＣ ＰＬＣ 系统提供所有备用系统如润滑系统的控制，并 通过单独的 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ ＤＰ 连接为励磁装置提供自动 的开始 ／ 停止命令 。ＣＭＡＣ 控制装置包括局部控制 和监测用的控制界面。
作为备用，两种运行方式可以相互切换。在变频器无 故障的情况下用变频方式控制风机的运行，改造结 果不但节省了能源，并且延长了设备的使用寿命。
２ 主抽风机控制系统
目前邢钢所用两台主抽风机是由英国豪顿公司 生产的 Ｌ３Ｎ３５７５．０２．８４ ＤＢＬ６Ｔ 风机，额定电压 ６０００ Ｖ，额定功率 ６５００ ｋＷ，风流量 １８５００ ｍ３／ｍ。风机驱 动系统采用 ＳＩＥＭＥＮＳ 三相同步电机及配套控制系 统。主抽控制系统采用 ＳＩＥＭＥＭＳ Ｓ７／３００ ＰＬＣ 控制 系统，主要完成以下工作：
在烧结机投产之后，主抽风机的风量调节方式 是风机在工频运行的情况下通过风门开度来调节。 这种调节方式简单易行，容易控制，但是由于风机在 工频高速状态下运行，增加了大量管网损耗，噪声污 染也相当严重，是一种浪费能源的高能耗低效率风 量调节方式。据粗略统计，烧结主抽风机的电能消耗 约占整个烧结厂电能消耗的一半左右。公司为了响 应国家节能减排的号召，同时又增加效益，决定对现 有风机的运行模式进行改进，将现有的工频运行方 式换为变频调速运行的方式，原有的工频运行设备
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高压变频调速系统在烧结主抽风机上的应用
王建华 １，王少平 １，王慧华 ２，吴春景 １
（１．邢台钢铁有限责任公司，河北邢台 ０５４０２７；２．邢台职业技术学院，河北邢台 ０４５０２７）
【摘 要】 主要描述了邢钢 ２＃ 烧结机主抽风机调速系统的改进方案。详细介绍了高压变频调速系统的工
ｌａｔｉｏｎ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｕｐｇｒａｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｎ ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ， ｔｈｅ ｇｏａｌ
ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ， ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｓｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，
高压变频调速系统的基本组成包括功率柜和变 压器柜两部分。
功率柜是由功率单元与和控制机两部分组成 的。功率单元是高压变频器的主体部分，电源频率及 电压的在这里完成改变，控制机是高压变频器的大 脑。功率单元主要由逆变电路、整流电路、驱动电路、 控制电路、通讯电路、指示电路、故障检测电路等组 成。功率单元的前端连接变压器，接收变压器供给功 率单元的电源，把具有同样功能和结构的若干个功 率单元串接成星型连接的三相高压电源，然后把这 个电源作为高压电动机的输入电源。通过控制机的 控制串接后的三相高压电源，可以完成电压及频率 的改变，这样就可以达到对高压电动机的调速的目 的。这里采用的结构完全一致的功率单元，可以互 换。
【Keywords】 ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ａｄｊｕｓｔｉｎｇ； ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ； ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ
１ 引言
邢钢目前拥有 ２ 座 １８０ ｍ２ 烧 结 机 ， 分 别 于 ２００３ 年和 ２００５ 年建成投产。２ 台烧结机平均日产烧 结矿 ９５００ ｔ。烧结矿是高炉生产的重要原料之一，其 质量的好坏直接影响着高炉生产的顺行。烧结机的 关键设备之一就是主抽风机，它的任务是调节焙烧 炉内的气流和气压，而气流和气压调节得好坏直接 关系着烧结矿的质量。
(1. Xingtai Iron and Steel Co., Ltd.; 2. Xingtai Vocational Technical College, Xingtai, Hebei 045027, China)
【Abstract】 Ｔｈｅ ｕｐｇｒａｄｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｄｒａｆｔ ｆａｎ
变频器的电路是由控制电路与主电路 （包括逆 变器、中间直流环节、整流器）组成的，对于再生能量 回馈型变频器，整流器称为“网侧变流器”，逆变器称 为“负载侧变流器”。当交流电动机作为逆变器输出 侧的负载时，在直流电源与负载之间会产生无功功 率的交换。可以用电感或者电容作为储能元件，用于 缓冲中间直流环节的无功功率。变频器又可以分成 电流型变频器与电压型变频器两各类别，此系统的 主抽风机使用电流型变频器。
本系统采用的方法是调频启动法。调频启动法 的原理是：采用某种方法改变定子旋转磁场的转速， 这样就可以利用转子磁极和气隙磁场之间的同步转 矩来启动。为了应用此法，需要在开始启动时调低变 频电源的频率，这样可以使定子三相电流所产生的 旋转磁场转速很慢，可以与转子磁极间产生适当的 平均同步转矩。使用调频启动法的具体步骤是：首先 给转子加上直流励磁，然后让定子电流的频率从零 开始逐步向上递增，一直达到额定频率结束。要想采 用调频法启动，必须要配备变频电源。