摘要：本文分析了高壓變頻器在九鋼高爐煉鐵除塵風機中的應用。實踐證明，高壓變頻器對降低除塵風機的用電率、減少起動電流、提高功率因數、改進高爐煉鐵工藝水平、提高自動化水平有很好的應用前景。
 關鍵詞：高壓變頻器、液力耦合器、高爐、除塵風機、水阻、差動保護
一、前言
       江西九江鋼廠有限公司(以下簡稱九鋼公司) 坐落于江西省九江市湖口縣金砂灣工業園區，占地800畝，工廠沿長江黃金水道布局，景九高速從旁邊穿過，銅九鐵路馬上竣工，公司具有良好的水陸運輸條件，九鋼公司區位優勢明顯。公司是由萍鄉鋼鐵有限責任公司(以下簡稱萍鋼公司)響應國家鋼鐵產業跨地區重組政策的號召，于2006年9月20日共同重組原江西九江鋼廠而成的。

九鋼3#高爐為1780m3，高爐設有兩個出鐵口輪流出鐵，出鐵時除塵煙罩打開，不出鐵時通過液壓機構關閉煙罩。兩個出鐵口每天出鐵16爐左右，每次出鐵時間1小時左右，每次出鐵間隔30分鐘左右。正常工作時采用恒速運行。

二、原來用液力耦合器缺陷
 1．液力耦合器屬于一種機械調速設備。液力耦合器的原理決定了液力耦合器有5-8%的速度損失。同時功率損失變為熱量，使液壓油溫過高。需要大量冷卻水冷卻液壓油。
 2. 在實際運行中油溫高于95℃以上，使冷卻器的水易結垢堵塞，造成故障。
 3. 由于液力耦合器是用液壓油傳遞功率，因此速度控制不穩定、功率因數低、調速精度差。
 4. 液力耦合器整機效率低，功率因數低，調速精度差，調速本身的損耗大、維護量大、二次成本過高，所以節能效果不明顯。
三、高壓變頻調速系統簡介
        異步電動機的變頻調速是通過改變定子供電頻率f來改變同步轉速而實現調速的，在調速中從高速到低速都可以保持較小的轉差率，因而消耗轉差功率小，效率高，是異步電動機最為合理的調速方法。
 由公式n＝60f/p（1-s）可以看出，若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機的同步轉速。異步電動機變頻調速具有調速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優點，目前，變頻調速已成為異步電動機最主要的調速方式，在很多領域都獲得了廣泛的應用。

        對離心式風機而言，流體力學有以下原理：輸出風量Q與轉速n成正比；輸出壓力H與轉速n的平方成正比；輸出軸功率P與轉速n的立方成正比；即：
 Q1/Q2＝n1/n2，H1/H2＝(n1/n2)2，P1/P2＝(n1/n2)3
       當風機風量需要改變時，如調節風門的開度，則會使大量電能白白消耗在閥門及管路系統阻力上。如采用變頻調速調節風量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調速時，當風機低于額定轉速時，理論節電為：
 E=〔1-( n′/n)3〕×P×T (kW·h)
 式中： n是額定轉速，n′是實際轉速，P是額定轉速時電機功率，T是工作時間。
        可見，通過變頻對風機進行改造，不但節能，而且大大提高了設備運行性能。以上公式為變頻節能提供了充分的理論依據。

四、高壓變頻器與液力耦合器的性能比較

（一）、節能效果：

　　1、 變頻裝置節能效果好，功率因數高

　　2、 液力耦合器節能效果低，在低速時，有近3/4的能量被浪費。大容量的設備還應添加水冷系統。

（二）、安裝方式：

　　1、 變頻裝置安裝方便，電機和負荷不動，將其加入電源側即可。

　　2、 液力耦合需裝在電機和負荷中間，在安裝時需將電機移位方能安裝。

（三）、安全性：

　　1、 變頻裝置在出現問題后，可以進行旁路的方式運行。

　　2、 液力耦合器出現間題后，必需停機維修。

（四）、運行精度：

　　1、 變頻運行精度高，可以實現精確調節，速度是由輸出頻率限定，當負荷出現波動時，轉速不變。

　　2、 液力耦合器*油量和負荷的拉動調速，調速精度低，當負荷變化時，轉速隨之變化。

（五）、維護費用：

　　1、 變頻調速維護費用低，在設備正常運行時無消耗品。

　　2、 液力耦合器在運行一定時間后，對液壓油進行更換。

（六）、操作性：

　　1、 變頻調速操作復雜，需要對操作人員進行專門的培訓。

　　2、 液力耦合器操作簡單，方便。

五、高壓變頻器在高爐除塵風機的應用
高爐在生產過程中，出鐵場產生大量的煙塵，污染環境，根據國家法規，需要除塵處理。除塵風機是一      個間隙性的工作制度，即高爐出鐵時使用，不出鐵時不用，使用率大約在65％左右。圖為高爐煉鐵出鐵場工藝周期。

A到B、E到F為高爐冶煉時間，
　　B到C、F到G為升速時間，可以調節，
　　C到D、G到H為高爐出鐵時間，
　　D到E、H到I為減速時間，可以調節。

六、高爐除塵風機變頻改造方案

1）拆除液耦，將電機基礎前移�，F場進行變頻改造，代替了液耦調速方式，并且由于液力耦合器自身的種種弊端，考慮到長期運行的穩定性，因此需拆除液力耦合器，將電機移位與負載采用直接連接方式：

2）保留原星點水阻啟動，在變頻器檢修與故障時作為備用啟動

為了保證生產線的可*運行，減少停機事故發生的機率，變頻器加裝工頻旁路裝置，同時保留了串接在定子繞組中的水電阻。變頻器不能正常運行時，電機可以手動切換到工頻運行狀態下,通過水電阻來完成啟動動作.并正常運行，以保證生產的需要，其原理圖如下：

QF為甲方側高壓開關柜,2QF為甲方水電阻短接開關，由甲方提供；QS1、QS2、QS3由乙方與變頻器配套提供。當電機變頻正常運行時,首先將2QF閉合，高壓電源經用戶開關柜高壓開關QF<, , SP, style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: 宋體; 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>到刀閘柜，經輸入刀閘QS1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經出線刀閘QS2送至電動機；當變頻器故障,需要電機工頻啟動運行時,首先將2QF斷開,高壓電源經旁路刀閘QS3,通過水電阻對電機進行正常降壓啟動。進出線刀閘QS1、QS2和旁路刀閘QS3的作用是：一旦變頻裝置出現故障，即可馬上斷開出線刀閘QS2，再斷進線刀閘QS1，將變頻裝置隔離，手動合旁路刀閘QS3，在工頻電源下通過水電阻起動電機運行。QS1、QS2、QS3安裝在一個刀閘柜中與變頻裝置配套供貨。QS2與QS3之間通過機械閉鎖，防止誤操作。電機,水電阻及用戶側高壓斷路器QF保留甲方原有設備。

3）拆除原中保差動保護

差動保護是比較被保護設備輸入和輸出端口電流的大小或相位的繼電保護。如下圖所示，流入保護裝置的電流差動電流，當被保護設備在正常運行或外部短路以及系統振蕩時，由于和大小相等，方向相反，差動電流為零，保護不會誤動作；當被保護設備本身發生內部短路時，差動電流將不為零，當值大于某一整定值時，保護將靈敏動作。此類保護稱為差動保護。

由于變頻器中間的直流環節采用電容器，使得變頻器在工作的時候其內部含有有源設備，正因為有源設備的存在，變頻器即使正常工作時輸入輸出兩端電流在某一時刻不滿足平衡，與差動保護機理相違背，所以變頻器一般不采用差動保護。

七、變頻改造節能情況統計

風機參數

風機型號：VZ73VIF

額定風量：700000m3/h

額定風壓：700000m3/h

軸功率：2000Kw

電機參數

電動機型號：Y7103-6

額定電壓：：10000V

額定功率：  2000KW

額定電流：136A

變頻器技術指標

型號：SH-HVF-Y10K/2000

額定容量：2000kW

輸入電壓：10000V

輸出電壓：0~10000V

輸出頻率：0~50Hz

 從運行情況看,高壓變頻調速裝置,運行可*,節電效果明顯,達到了預期效果。經過工頻和變頻運行對比，測量和統計的煉鋼轉爐除風機改造后各項技術指標如下表

節能統計（PT變比10000：:100   CT變比300:5）

總結：經工頻運行和變頻運行對比，變頻運行每小時節電：367 kwh

                            節電率為：26.9%

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     　                                                                                                          八、結論

湖北三環發展股份有限公司進入高壓變頻領域已經有十余年的時間，在高壓變頻器的應用方面積累了大量經驗。同時，三環公司還擁有自主研發、生產、銷售高壓變頻器的實力。

目前高壓變頻器已經在許多電廠、水泥廠、化工廠、金屬冶煉廠的風機和水泵中得到實際應用，并取得良好的運行效果和節能效益。作為大型用電單位，鋼鐵冶煉廠中包含著大量能應用變頻調速技術的設備，比如鼓風機、引風機、除塵風機、冷卻泵、清洗泵等等。因此，將高壓變頻調速技術應用于鋼鐵等金屬冶煉領域，對于節約能源、降低成本、提高自動化控制水平，具有十分重要的意義。