PDF《微能8000kW/10kV超大容量变频器》

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chuandong.com 对接CD技术与应用 DOCKING 深圳市微能科技有限公司 深圳市微能科技有限公司成立于2004年,是一家专注于工业领域电力电子产品,尤其是变频器产品研发、生产、销售和服 务提供的国家高新技术企业,产品通过国家权威机构的检验和国际CE认证.公司营销与服务网点遍布全国各地,共设立30余个 办事处及五大产品周转中心,便于提供优质快捷的服务.公司产品还远销欧美、中东、东南亚、非洲各国,并赢得了良好的市场 份额和声誉.

1 引言 深圳市微能科技有限公司始终致力于变频器 的技术创新和发展为己任,在过去的5年时间先后 在低压变频器、高压变频器的大功率高性能的发 展与应用方面作出了突出贡献,本文介绍的就是 大容量高压变频器的原理与在钢铁工业中的应用 情况.

2 我国钢铁行业现状 在国民经济发展强劲拉动下,我国钢铁工业 进入快速发展阶段,这也带动了高炉炼铁产业的 高速发展.我国炼铁产业的现状是集中度低,高 炉座数多(约有900多座),大于1000m3 以上高炉约 有110座. 高风温是现代高炉的主要技术特征.提高风 温是增加喷煤量、降低焦比、降低生产成本的主 要技术措施.近几年,国内钢铁企业高炉的热风 温度逐年升高了25℃,特别是新建设的一批大高 炉(大于2000m3 ),热风温度均超过1200℃, 达到了国际先进水平,如2002年后,首钢技术改 造或新建高炉的热风温度均实现高于1200℃的目 标.还有就是通过对风量、风压、鼓风湿度、富 氧率、喷吹燃料 、风口面积和长度等参数的调 节,来达到提高产量及高炉的利用系数目的,这 就需要对送风制度进行更好的优化.因此对驱动 高炉鼓风机的电机转速要满足调速范围宽度大, 响应迅速的要求,显然通过传统的风门调节时无 法实现的上述要求的.国产高压变频器的研发设 计水平的提高和制造技术的成熟,使优化高炉鼓 风机的送风制度成为了可能. 2.1 现代高炉炼铁工艺简介 炼铁过程实质上是将铁从自然状态矿石等含 铁化合物中还原出来的过程.通常分为烧结和炼 铁两段工序.烧结:就是把铁矿粉造块,为高炉 提供精料的一种方法,是利用铁矿粉、熔剂、燃 料及返矿按一定比例制成块状冶炼原料的一个过 程;

炼铁:炼铁过程主要目的就是从铁矿石中经 济高效地得到温度和成分合乎要求的液态生铁. 2.2 高炉鼓风机的工艺简介 高炉鼓风机是高炉炼铁过程中最重要的动 力设备,它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气, 而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力.现 代大、中型高炉所用的鼓风机,大多选用离心式 鼓风机或轴流式鼓风机,近年来也有逐步使用大 容量同步电动驱动鼓风机的趋势.高炉冶炼要求 鼓风机能供给一定量的稳定空气,以保证高炉燃 烧一定的碳;

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 考虑到生产的发展,配备的风机能力都大于这一 比例,因此一般采用入口风门、出口放风阀进行 风量、风压控制,以防止风机的喘振.其工艺流 程图如图1所示. 高炉鼓风机由于风门的损耗,风机的效率 低、电能损耗大,因此采用高压变频器改造的节 能空间巨大.但是由于高炉鼓风机作为高炉生产 的最关键设备,不仅电动机功率容量大,且需保 证连续运行.如在高炉生产过程中鼓风机发生故 障特别是在出铁水时,将造成灌渣事故,导致高 炉堵炉、停产、焦比上升,造成巨大的经济损 失,因此目前国内冶金行业生产厂家对高炉鼓风 机进行高压变频改造的案例极少,主要原因是用 户对目前高压变频器的运行可靠性存在疑虑. 深圳市微能科技有限公司积聚二十余年的 变频器设计、生产经验,基于对电机控制理论的 透彻了解,电力电子和微电子技术的纯熟掌握, 微处理技术的融会贯通,独立开发了具有自主知 识产权的超大容量高压变频器,率先打破了国产 高压超大容量高压变频调速系统的设计、生产记 录.微能公司研发技术人员与甲方生产工艺及技 术人员一道,本着高度负责任的原则,实事求 是,精诚合作,多次深入现场生产一线调查,获 得了生产过程的详实数据.以保障用户安全生产 为前提的指导思想,制订了双方认可的周到、全 方位故障处理备份方案;

微能公司的规模化的生 产制造,严密的质量控制体系,大量稳定可靠的 冶金行业运行业绩,获得了甲方的认可和信任, 进一步坚定了用户的改造决心.用户决定对该厂 的2#炼铁高炉鼓风机进行了高压变频调速改造, 以达到降低生产成本,改善生产工艺的目地.

3 微能WIN-HV系列高压变频调速系 统技术介绍 3.1 WIN-HV系列高压变频调速系统原理与结 构介绍 3.1.1 系统原理 如图2所示,WIN-HV系列高压变频调速系统 采用多个功率单元串联的形式.对于10kV系统, 每相9单元串联(6kV系统每相6个单元串联),每 个功率单元输出交流有效值Vo为640V,相电压为 5760V,线电压为10000V. 3.1.2 功率单元结构 如图3所示,功率单元主要由三相桥式整流 桥、滤波电容器、IGBT逆变桥构成,以及功率器 件的驱动、保护、信号采集、光纤通讯等功能组 成的控制电路.通过控制IGBT的工作状态,如图 微能8000kW/10kV超大容量变频器 在炼铁高炉鼓风机改造上的应用 本文介绍了微能8000kW/10kV超大容量高压变频调速系统在河北某公司炼铁高炉鼓风机节能改造的应用情况, 同时分析了高炉鼓风机的工艺及可靠性要求,为高压变频器在炼铁高炉鼓风机上的应用提供了应用经验. 图1 鼓风机工艺流程图 图2 电压叠加形成高压输出原理 图3 功率单元电路结构 图4 单元输出PWM波形

106 107 kzcd.chuandong.com 对接CD技术与应用 DOCKING 4所示的输出PWM电压波形.每个电流大小相同的 功率单元在结构及电气性能上完全一致,可以互换. 3.1.3 输入侧 WIN-HV系列高压变频调速系统在10kV电源 侧采用多达54脉冲移相整流技术,电网侧谐波污 染小,功率因数高,无需功率因数补偿及谐波抑 制装置,对同一电网上用电的其它电气设备不产 生谐波干扰. 3.1.4 输出侧 在输出侧由每个单元的L

1、L2输出端子相互 串接而成星型接法给电机供电,由于采用多重化 的正弦脉宽调制SPWM技术,输出谐波非常小, 可消除叶片与轴承的振动,无需谐波抑制装置可 直接适配各种电机. 3.1.5 控制器 主控制部分采用专用DSP(数字信号处理器)加 可编程逻辑器件为控制核心,实现SPWM波形控 制及各种信号的检测、分析判断和处理.控制器 由中文显示,具有频率、电流、电压、故障等显 示.控制电源采用两路电源自动切换技术,保证 供电的可靠性.另外,当控制电源掉电后,可由 系统配备的UPS继续供电. 主控制部分和单元控制部分通过光纤进行信 号传输,可有效避免电磁干扰,增强系统的可靠性. 3.2 WIN-HV系列高压变频调速系统功能 3.2.1 启动方式 WIN-HV系列高压变频调速系统具有正常启 动和软起动两种启动方式. 正常启动方式:调速系统按正常方式启动 后,闭环或开环运行于设定值. 软启动方式:对于大功率电机,采用此调速 系统对电机进行无冲击电流启动,启动完成后电 机切换至工频电源,完成电机的软启动. 3.2.2 运行方式 闭环控制:检测回路获得被控制量的实际 值,与设定值比较,得到偏差信号.偏差信号经 过PID调节来控制电机转速,调节被控制量,使之 与设定值一致. 开环控制:选择开环控制,频率控制信号由 频率设定方式给定,输出按照负载特性设定的几 种压频比曲线方式控制电机运行. 3.2.3 频率设定功能 运行频率设定方式包括:工控机LCD触摸屏 数字设定、外部4~20mA、0~20mA或0~10V、 0~5V模拟信号输入给定、开关量频率上升/下降 给定、上位机给定多种给定方式,满足与现场 DCS系统的所有信号类型的连接需求. 3.2.4 控制方式 本地控制:利用系统工控机触摸屏上的按钮 实现就地控制. 远方控制:系统提供数字和RS-485通讯接 口,由DCS或上位机实现控制. 3.2.5 参数设定功能 可以设定转矩提升、U/f加速曲线以适应不同 的负载情况,可以设定多达2个共振频率躲避区域, 可以按现场情况需要设定电机保护参数、输出量 功能定义设置等. 3.2.6 故障报警与查询功能 具有故障报警和故障查询功能,提高故障排 除效率,为用户维护提供方便. 3.2.7 运行状态记录与显示 WIN-HV系列高压变频调速系统具有自动记 录运行状态和进行显示的功能,并对显示数据分 类,方便日常维护.同时可通过串行通信与上位 机连接,将运行状态信息上传到上位机,对记录 数据进行分析、报表打印等. 3.2.8 旁路功能 工频旁路:当变频调速系统发生故障停机或 对变频调速系统进行检修时,电动机直接切换到 电网工频运行,以提高整个系统的适应能力,保 证用户负荷的连续运行要求. 单元旁路:WIN-HV系列高压变频调速系统 还设计有功率单元旁路功能.当某个单元发生过 热、单元短路、单元充电等故障时,控制系统自 动将该功率单元从系统切除,同时将另外两相的 同电位的单元切除,保证系统在........