2021年精品国产超大功率高压变频器在炼铁高炉鼓风机中的应用.docx

精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -. - -.国产超大功率高压变频器在炼铁高炉鼓风机中的应用摘要 ：本文结合 6500kW/10kV 高压变频器实际运行工况，介绍了国产超大功率高压变频器 在高炉鼓风机上的应用； 通过改造， 实现了高炉的工艺优化， 也表达了国产基于单元级联式多电平高压变频器的制造才能；关键词 ：高压变频器 高炉鼓风机 单元级联式多电平1 引言XX 永恒工贸 XX 始建于 1998 年， 为由原 “稷山县地方国营炼铁厂〞改建而成， 属于私营股份制企业；现在有 450m3 炼铁高炉一座， 220m3 炼铁高炉两座，烧结机两台， JN4340 型焦炉一座，水泥生产线一条；年生产生铁 90 万吨；近年来，公司积极响应国家产业政策，加快技术进步的同时，积极进展节能减排，实现废气〔物〕循环再利用，形成了煤—焦—化和煤—焦—铁—电〔水泥〕两条循环生产线；永恒工贸 450m3 炼铁高炉风机采纳 6500kW/10kV 三相异步电动机，定子串水电阻方式 启动， 启动时冲击电流大，连续时间长； 而且受电网容量的限制， 在每次启动时均需将厂内 其它全部用电设备停掉， 在此台高炉风机起动后才能起动其他设备， 操作比拟麻烦， 因此有些时候在设备检修不出铁的时候也为尽量不停高炉风机， 且风量调剂采纳风门调剂， 这样就造成了电能的铺张； 由于变频器具有软启动. 软停顿功能，启动电流小，可解决高炉风机启 动时的大问题，再就为变频器可以节约电能，因此 XX 永恒工贸 XX 厂领导打算实行变频改造；2 高炉鼓风机工艺高炉因具有炼铁技术经济指标良好， 工艺简洁，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优点， 这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大局部； 高炉为炼铁环节中最主要的设备， 它为横断面为圆形的炼铁竖炉，生产时从炉顶装入铁矿石.焦炭.造渣用熔剂〔石灰石〕 ，从位于炉子下部的风口吹入经预热的空气； 在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气， 在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧， 从而复原得到铁； 铁水从铁口放出，生成的炉渣，从渣口排出；煤气从炉顶排出，作为热风炉.加热炉.焦炉.锅炉等燃料；高炉鼓风机为高炉最重要的动力设备； 高炉冶炼流程如图 1 所示， 它第一通过空气过滤器在大气中收集洁净的空气， 由高炉鼓风机加压后经热风炉进风口送入热风炉， 再由热风炉对空气进展加热后经高炉下部风口吹入，以保证高炉中燃烧的焦炭和喷吹的燃料所需的氧- . wordzl.第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -. - -.1.料车 2.上料斜桥 3.高炉 4.铁.渣口 5.高炉鼓风机进风口6.热风炉 7.重力除尘 8.文氏管 9.洗涤塔 10.烟囱11.热风炉进风口图 1 高炉冶炼流程示意图气，另外仍要有肯定的风压克制整个系统和料柱的阻损， 并使高炉保持肯定的炉顶压力； 现代大.中型高炉所用的鼓风机，大多用三相异步电机驱动的离心式鼓风机和轴流式鼓风机；鼓风机耗电虽多，但启动便利，易于修理，投资较少；特别受用户的青睐；高炉冶炼要求鼓风机能供应肯定量的空气， 以保证燃烧肯定的碳； 其所需风量的大小不仅与炉容成正比， 而且与高炉强化程度有关；一般按单位炉容 2.1～ 2.5m3／ min 的风量配备；但实际上不少的高 炉考虑到生产的开展，配备的风机才能都大于这一比例；3 高炉鼓风机改造方案高炉鼓风机为高炉生产系统的动力中枢， 一旦风机不能正常运行， 不但影响生产， 而且简洁造成重大缺失； 另外，调速系统工作的环境比拟恶劣；所以， 和高炉风机配套的高压调 速系统方案应周密细致，经过双方技术人员的合作，制定了高炉鼓风机的技术改造方案；3.1 450m3 炼铁高炉风机及配套电机参数表 1 高炉风机根本参数电机参数- . wordzl.第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -. - -.负载名称高炉鼓风机所带负载类型离心风机型号YKS800– 4额定电压〔 V〕10000额定电流 (A)425额定功率 (kW)6500额定频率〔 Hz 〕50功率因数0.909额定转速 (rpm)1494绝缘等级F风机参数型号 1850-3.5/0.96 额定风压〔 kPa〕 343〔绝〕额定风量〔 m3/h 〕 111000 介质密度 (Kg/m 3 ) 1.14额定转速 (rpm) 5728 额定功率 (kW) 65003.2 高炉变频改造技术方案图 2 手动旁路柜一次回路图图 2 旁路柜中，共有 3 个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电， K2 与 K3采纳电磁互锁操动机构，实现电磁互锁；当 K1 .K3 闭合， K2 断开时，电机变频运行；当K1 .K3 断开， K2 闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修.爱护和调试；旁路柜必需与上级高压断路器 DL 连锁， DL 合闸时， 肯定不答应操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关，以防止显现拉弧现象，确保操作人员和设备的平安；- . wordzl.第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -. - -.故障分闸： 将变频器 “高压分断〞信号与旁路柜“变频投入〞信号串联后， 并联于高压开关分闸回路； 在变频投入状态下， 当变频器显现故障时，分断变频器高压输入； 旁路投入状态下，变频器故障分闸无效；爱护：保持原有对电机的爱护及其整定值不变；4 高压变频器的制造4.1 单 元 级 联 式 多 电 平 变 频 器 6500kW/10kV 高压变频器采纳单元级联式多电平方式；由于此种变频器采纳多个功率单元串联的方法来实现高压输出，所以具有以下优点：〔1〕其输出通常采纳多电平移相式 PWM ，可以实现较低的输出电压谐波， 较小的 du/dt和共模电压；〔2〕输入通常采纳移相隔离变压器实现多重化整流，以到达抑制输入谐波的目的；4.2 双移相变压器构造6500kW/10kV 高压变频器的输入变压器采纳干式移相变压器， 考虑到假如只做一个变压器，容量会比拟大，体积也会很大，受变频器的搬运.安装以及安装空间所限；且由于变压器为干式的，散热处理也比拟困难，因此 6500kW/10kV 高压变频器采纳双变压器构造；每台变压器的容量为 4000kVA ，各自承当 50%功率单元的供电；4.3 功率单元构造在一般 10kV 高压变频器的设计上一般采纳 24 功率单元构造，每相 8 个功率单元，每个单元输出的功率为整机功率的 1/24 ，由于 6500kW/10kV 高压变频器运行时输出功率太大，假如采纳 24 功率单元构造，那么单个功率单元内要求的滤波电容就会许多，功率单元的体积就会很大，综合考虑 6500kW/10kV 高压变频器采纳 30 功率单元构造，单元输入电压为525V；这样不仅会使变频器的高压输出更接近于正弦波使输入谐波更低；而且单个单元承担的电压更低，更易于掌握；4.4 功率单元的冗余设计及“星点漂移〞〔1〕30 个功率单元构造上完全一样，可以互换，其电路构造如图 3 所示，为根本的交- 直 - 交单相逆变电路，整流侧为二极管实现三相全波整流，通过对 IGBT 逆变桥进展正弦 PWM 掌握；每个功率单元完全一样，可以互换，这不但调试.修理便利，而且备份也特别经济；假设一个功率单元发生故障，该单元的输出端能自动旁路而整机可以正常运行；- . wordzl.第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -. - -.图 3 功率单元原理图〔2〕星点漂移30 个功率单元分为 3 组，每 10 个单元为一相； 在正常情形下， 三相输出 A.B.C 平稳，中性点即星点在 O 点；如图 4 所示，当 A 相有一个单元故障时，把星点由 O 点转移到 O 1点，而 B 相和 C 相经过运算，对 O 1 的输出要与 A 相一样；使整机的三相输出依旧平稳；此功能称为“星点漂移〞；图 4 星点漂移示意图当显现 2 个或 3 个单元故障时， 同样要经过复杂的运算使三相平稳； 现最多可做到 3 个单元故障的星点漂移功能；这种单元的冗余设计大大的提高了变频器的稳固性；4.56500kW/10kV 高压变频调速系统的牢靠性设计为保证 6500kW/10kV 高压变频调速系统的高牢靠性，在提高系统各组单元的内在牢靠性和系统抗击外部故障因素的才能方面，主要采纳以下设计措施：- . wordzl.第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -. - -.〔1〕上位操作运算机采纳与主控运算机根本一样的软硬件配置，当主控运算机发生故障时，可以在不停机的状态下，快速替换，保证系统的牢靠性运行；〔2〕掌握系统由主控单元. PLC(西门子 S7-200).主控运算机组成，在主控运算机发生 故障时，系统不停机，确保生产的进展；〔3〕为了提高系统的抗干扰才能，全部的功率模块与主控单元之间通过光纤通讯，低 压和高压局部完全牢靠隔离，全部 I/O 板全部采纳了隔离措施，将通道上窜入的干扰源拒绝在系统之外；〔4〕掌握器构造上采纳箱体构造，各掌握单元板采纳 FPGA .CPLD 等大规模集成电路和外表焊接技术，系统具有极高的牢靠性；〔5〕尽量采纳低功耗的 CMOS 元器件提高系统的温度适应才能，降低功耗；〔6〕电源系统完全采纳开关电源技术，各局部功能单元采纳独立的供电措施，保证在某一局部发生故障时，其他局部仍能牢靠运行；〔7〕选用各种电阻.电容器及集成电路.隔离器件时，对其耐压才能留有较大的余量，对集成电路的拉电流.灌电流才能使用，也留有足够的余量；〔8〕输入干式变压器免爱护，牢靠。