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【關(guān)鍵詞】高壓變頻技術(shù) 除塵風(fēng)機(jī) 節(jié)能

1．概述。鋼鐵廠以其資源密集、能耗密集、生產(chǎn)規(guī)模大、物流吞吐量大等特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是煙塵排放量大、廢棄物多、污染大的企業(yè)。而電爐煉鋼是鋼鐵廠造成煙塵污染的主要來(lái)源之一。

電爐主要是通過(guò)用廢鋼、鐵合金和部分渣料進(jìn)行配料冶煉，然后熔制出碳鋼或不銹鋼鋼水供連鑄用。電爐煉鋼時(shí)產(chǎn)生的有害物污染主要體現(xiàn)在電爐加料、冶煉、出鋼三個(gè)階段。吹氧過(guò)程的煙氣量最大，含塵濃度和煙氣溫度高。因此，電爐除塵系統(tǒng)按照吹氧時(shí)期的最大煙塵排量進(jìn)行設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)最大風(fēng)量需求的基礎(chǔ)上增加1.1－1.3倍的安全閾度進(jìn)行除塵風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)。整個(gè)煉鋼過(guò)程中吹氧時(shí)期占30－35%，此時(shí)風(fēng)機(jī)處于較高負(fù)荷運(yùn)行，而其余時(shí)間則處于較低運(yùn)行工況。很顯然，除塵系統(tǒng)的利用率很低且系統(tǒng)效率差。

長(zhǎng)期以來(lái)，不論電爐處于哪一個(gè)運(yùn)行階段，產(chǎn)生的粉塵大小均使除塵風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行，采用入口擋板開(kāi)度調(diào)節(jié)，效率低、功率大，造成大量的電能浪費(fèi)。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷深化，節(jié)能降耗提高生產(chǎn)效率成為企業(yè)發(fā)展提高競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段之一。

而在九十年代開(kāi)始廣泛應(yīng)用的高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)則正是適應(yīng)了市場(chǎng)的需求，在技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域上得到不斷的進(jìn)步和拓展?，F(xiàn)在，已廣泛應(yīng)用于電力、石油化工、礦山、冶金、給排水、機(jī)車(chē)牽引等領(lǐng)域。

某煉鋼廠正是在這種狀況下，對(duì)電爐除塵系統(tǒng)進(jìn)行高壓變頻技術(shù)改造研究的。電爐在冶煉過(guò)程中的粉塵主要通過(guò)爐頂煙道經(jīng)沉降室沉積，水冷壁冷卻后經(jīng)除塵系統(tǒng)過(guò)濾排放；同時(shí)利用集塵罩將現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)車(chē)間的粉塵和廢氣及時(shí)排走，以免危及電爐周邊工作人員的安全，污染環(huán)境。除塵風(fēng)機(jī)是將煙氣吸收排放的主要設(shè)備。

2．系統(tǒng)技術(shù)方案研究。某煉鋼廠#8電爐為擴(kuò)容的70t ABB交流電爐。除塵器系統(tǒng)采用TFMC布袋式除塵器，設(shè)計(jì)過(guò)濾面積11985m2，最大除塵風(fēng)量450000m3/h。

#8電爐的煉鋼周期為70－85分鐘，其中裝料6－10%，送電熔化25－30%，吹氧30－35%，還原期15－20%，沖渣出鋼6－8%。在不同的生產(chǎn)工藝階段，電爐產(chǎn)生的煙氣量和煙氣溫度不同，且差異較大。加料過(guò)程中，主要是裝料時(shí)廢鋼及渣料產(chǎn)生的揚(yáng)塵，需要的除塵風(fēng)量不大，要求粉塵不擴(kuò)散，不污染電爐周邊工作環(huán)境為標(biāo)準(zhǔn)。送電過(guò)程中是原料送電拉弧加熱，引發(fā)可燃廢棄物燃燒產(chǎn)生廢氣。此時(shí)，電爐需要將爐料加熱至熔化狀態(tài)，要求煙塵能夠及時(shí)排出，又不能過(guò)多地帶走爐體熱量以保證煉鋼周期。而在吹氧期間，不僅要求除塵系統(tǒng)能夠及時(shí)迅速地將廢氣和粉塵排走，又必須保證爐體有合適的吹煉溫度，確保終點(diǎn)溫度。因此，對(duì)除塵系統(tǒng)要求較高。進(jìn)入還原期，吹氧告一段落，粉塵度再一次降低。在沖渣出鋼時(shí)，主要排放物是沖渣產(chǎn)生的水蒸汽和少量廢氣。

通過(guò)對(duì)冶煉工藝的分析，電爐在煉鋼過(guò)程的不同階段對(duì)除塵風(fēng)量大小的要求有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，加料除塵為最低。鑒于電爐除塵系統(tǒng)中除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式和設(shè)備特點(diǎn)，對(duì)除塵風(fēng)機(jī)的控制制定如下方案。

不同工藝階段的煙氣溫度有明顯差異，因此溫度的高低直接反映了電爐的運(yùn)行工況。系統(tǒng)并沒(méi)有采用檢測(cè)電爐工作中粉塵濃度的方式來(lái)直接控制除塵風(fēng)量，而是采集煙道溫度作為系統(tǒng)調(diào)節(jié)的基本參量，通過(guò)非線性函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)出不同運(yùn)行工況下的除塵風(fēng)量參與系統(tǒng)控制。從工程角度講，溫度變送器可以在惡劣的工業(yè)場(chǎng)合應(yīng)用，抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定性好、控制精度高、安全可靠、免維護(hù)且價(jià)格便宜。而粉塵濃度檢測(cè)裝置具有價(jià)格昂貴、穩(wěn)定性差、故障率高、維護(hù)量大、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集很難具有廣泛代表性等缺點(diǎn)?；谏鲜鲈?，選用除塵煙道的煙氣溫度作為現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程量。同時(shí)，以吹氧量和冷風(fēng)門(mén)開(kāi)度作為除塵風(fēng)量的修整參量，從而提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，改善控制品質(zhì)，達(dá)到良好的除塵效果，實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)量自動(dòng)控制、降低運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高系統(tǒng)效率，達(dá)到最佳的節(jié)電效果。

為了保證系統(tǒng)的可靠性，另外增加了除塵風(fēng)量手動(dòng)控制回路，對(duì)除塵風(fēng)量的控制采用分段調(diào)速的方式，由爐前操作臺(tái)控制變頻運(yùn)行的頻率點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行工況下的風(fēng)量調(diào)節(jié)。

實(shí)踐證明：系統(tǒng)在設(shè)計(jì)了兩套控制方案后大大提高了系統(tǒng)的實(shí)用性和可操作性，很好地滿足了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求。同時(shí)，在改善現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低噸鋼能耗方面起到了積極作用。

3．系統(tǒng)特點(diǎn)。變頻調(diào)速技術(shù)在電爐除塵系統(tǒng)中應(yīng)用后，主要體現(xiàn)了以下幾個(gè)特點(diǎn)：

①除塵設(shè)備功耗隨電爐煉鋼生產(chǎn)工藝變負(fù)荷運(yùn)行，提高了系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)了除塵系統(tǒng)的最佳工況運(yùn)行，取得顯著的節(jié)能效果。

②大大有效降低了除塵系統(tǒng)負(fù)荷率，延長(zhǎng)了除塵器、除塵風(fēng)機(jī)、除塵電機(jī)、煙道等設(shè)備的使用壽命。

③對(duì)降低爐內(nèi)熱量損失、合理控制過(guò)程溫度、確保終點(diǎn)溫度起到一定的作用。

④對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造，有助于改善爐內(nèi)吹煉工況，縮短煉鋼時(shí)間，提高鋼產(chǎn)量，改善出鋼品質(zhì)。

⑤降低補(bǔ)爐期間的能耗和爐襯散熱損失。

4．節(jié)能分析。為了對(duì)除塵系統(tǒng)變頻改造后的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，在系統(tǒng)投入正常運(yùn)行一個(gè)月后對(duì)設(shè)備實(shí)際使用和節(jié)電情況進(jìn)行了測(cè)定和數(shù)據(jù)分析。

隨機(jī)抽取一個(gè)正常生產(chǎn)日，將系統(tǒng)切換至變頻運(yùn)行系統(tǒng)采用擋板控制調(diào)節(jié)風(fēng)量。采用網(wǎng)側(cè)有功電度表進(jìn)行耗電量計(jì)量，見(jiàn)表1。然后，連續(xù)采集變頻運(yùn)行的7個(gè)正常生產(chǎn)日用電量進(jìn)行變頻運(yùn)行工況下的單耗計(jì)算，以期變頻運(yùn)行的數(shù)據(jù)更接近真實(shí)運(yùn)行工況，具體數(shù)據(jù)采樣值見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)上表原始數(shù)據(jù)的處理，可以得出：除塵系統(tǒng)在變頻改造后較改造前，噸鋼除塵電耗降低了17.390kW•h。設(shè)備節(jié)電率高達(dá)58.63%，節(jié)能效果顯著。

5．結(jié)論。通過(guò)對(duì)某煉鋼廠#8電爐除塵系統(tǒng)變頻改造前后的技術(shù)分析，可以看出：在電爐除塵系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)不僅對(duì)有效改善現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀況、提高鋼產(chǎn)量、降低噸耗有著重要的意義，而且每年可節(jié)約230萬(wàn)元左右的電費(fèi)開(kāi)支。在電爐除塵系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)是完全正確的。

參考文獻(xiàn)

1 邱紹岐、祝桂華編著.電爐煉鋼原理與工藝.北京:冶金工業(yè)出版社,1996

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[關(guān)鍵詞]高壓 變頻器 過(guò)電壓故障 危害 原因 解決

中圖分類(lèi)號(hào)：TD53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）01-0063-01

正常情況下，直流母線電壓為三相交流輸入線電壓的峰值。以AC700V輸入電壓等級(jí)的功率單元為例計(jì)算，直流母線電壓1.414x700=989V。在過(guò)電壓發(fā)生時(shí)，直流母線的儲(chǔ)能電容電壓將上升，當(dāng)電壓上升至一定的值時(shí)〔通常為正常值的10%-20%），高壓變頻器過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作。因此，對(duì)于變頻器來(lái)說(shuō)，有一個(gè)正常的工作電壓范圍，當(dāng)電壓超過(guò)這個(gè)范圍時(shí)很可能損壞功率單元。

1.過(guò)電壓故障的危害

高壓變頻器過(guò)電壓主要是指其中間直流回路過(guò)電壓，中間直流回路過(guò)電壓的主要危害表現(xiàn)在以下幾方面。

1.1 對(duì)功率單元直流回路電解電容器的壽命有直接影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起電容器爆裂。因而高壓變頻器廠家一般將中間直流回路過(guò)電壓值限定在一定范圍內(nèi)，一旦其電壓超過(guò)限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護(hù)。

1.2 對(duì)功率器件如整流橋、IGBT、SCR的壽命有直接影響，直流母線電壓過(guò)高，功率器件的安全裕量減少。例如對(duì)AC700V輸入電壓等級(jí)的功率單元來(lái)說(shuō)，其功率器件的額定耐壓一般選定在DV1700V左右，考慮器件處在開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)dv/dt比較大，因此在直流母線電壓過(guò)高時(shí)再疊加功率器件開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓，很有可能超過(guò)器件的額定耐壓而造成器件擊穿損壞。

1.3 對(duì)功率單元的控制板造成損壞。一般功率單元中控制板上的。DC/DC變換器需從直流母線取電，DC/DC變換器的輸入電壓也有一定的范圍，直流母線電壓過(guò)高，則變換器中開(kāi)關(guān)管如MOSFET也會(huì)擊穿。

2.引起過(guò)電壓故障的原因

一般能引起中間直流回路真正過(guò)電壓的原因主要來(lái)自以下兩個(gè)方面。

2.1 來(lái)自電源輸入側(cè)的過(guò)電壓

正常情況下電網(wǎng)電壓的波動(dòng)在額定電壓的-10%―+10%以?xún)?nèi)，但是，在特殊情況下，電源電壓正向波動(dòng)可能過(guò)大。由于直流母線電壓隨著電源電壓上升，所以當(dāng)電壓上升到保護(hù)值時(shí)，變頻器會(huì)因過(guò)電壓保護(hù)而跳閘。

2.2 來(lái)自負(fù)載側(cè)的過(guò)電壓

由于某種原因使電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，即電動(dòng)機(jī)處于實(shí)際在速比變頻頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高的狀態(tài)時(shí)，負(fù)載的傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過(guò)各個(gè)功率單元逆變橋中的四個(gè)IGBT中的續(xù)流二極管回饋到功率單元的直流母線回路中。此時(shí)的逆變橋處于整流狀態(tài)，如果功率單元中沒(méi)有采取消耗這些能量的措施，這些能量將會(huì)導(dǎo)致中間直流回路的電解電容器的電壓上升，達(dá)到保護(hù)值即會(huì)報(bào)出過(guò)電壓故障而跳閘。

3.避免過(guò)電壓故障的方法

根據(jù)以上針對(duì)高壓變頻器過(guò)電壓帶來(lái)的危害及幾種可能的產(chǎn)生原因的分析，可以從以下四個(gè)方面來(lái)盡最大可能避免過(guò)電壓故障的產(chǎn)生：一是避免電網(wǎng)過(guò)電壓進(jìn)入到變頻器輸入側(cè)；二是避免或減少多余能量向中間直流回路饋送，使其過(guò)電壓的程度限定在允許的限值之內(nèi)；三是提高過(guò)電壓檢測(cè)回路的抗干擾性；四是中間直流回路多余能量應(yīng)及時(shí)處理。下面介紹主要的處理方式。

3.1 在電源榆入側(cè)增加吸收裝置，減少變頻器榆入過(guò)電壓因素

對(duì)于電源輸入側(cè)有沖擊過(guò)電壓、雷電引起的過(guò)電壓、補(bǔ)償電容在合閘或斷開(kāi)時(shí)形成的過(guò)電壓可能發(fā)生的情況下，可以采用在輸入側(cè)并聯(lián)浪涌吸收裝置或串聯(lián)電抗器等方法加以解決。

3.2 從變頻器已設(shè)定的參數(shù)中尋找解決辦法

在變頻器中可設(shè)定的參數(shù)主要有兩個(gè)：減速時(shí)間參數(shù)和變頻器減速過(guò)電壓自處理功能。在工藝流程中如不限定負(fù)載減速時(shí)間時(shí)，變頻器減速時(shí)間參數(shù)的設(shè)定不要太短，而使得負(fù)載動(dòng)能逐漸釋放；該參數(shù)的設(shè)定要以不引起中間回路過(guò)電壓為限，特別要注意負(fù)載慣性較大時(shí)該參數(shù)的設(shè)定。如果工藝流程對(duì)負(fù)載減速時(shí)間有限制，而在限定時(shí)間內(nèi)變頻器出現(xiàn)過(guò)電壓跳閘現(xiàn)象，就要設(shè)定變頻器失速自整定功能或先設(shè)定變頻器不過(guò)電壓情況下可減至的頻率值，暫緩后再設(shè)定下一階段變壓器不過(guò)電壓情況下可減至的頻率值，即采用分段減速方式。

3.3 采用在中間直流回路上增加適當(dāng)電容的方法

中間直流回路電容對(duì)其電壓穩(wěn)定、提高回路承受過(guò)電壓的能力起著非常重要的作用。適當(dāng)增大回路的電容量或及時(shí)更換運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)且容量下降的電容器#解決變頻器過(guò)電壓的有效方法。這里還包括在設(shè)計(jì)階段選用較大容量的變頻器的方法，是以增大變頻器容量的方法來(lái)?yè)Q取過(guò)電壓保護(hù)能力的提高。

3.4 在條件允許的情況下適當(dāng)降低功率單元輸入電壓

目前變頻器功率單元整流側(cè)采用的是不可控整流橋，電源電壓高，中間直流回〖路電壓也高，有些用戶處電網(wǎng)電壓長(zhǎng)期處于最大正向波動(dòng)值附近。電網(wǎng)電壓越高則變頻器中間直流回路電壓也越高，對(duì)變頻器承受過(guò)電壓能力影響很大?？梢栽诟邏鹤冾l器內(nèi)配置的移相整流變壓器高壓側(cè)預(yù)留5%、 0分接頭，一般出廠時(shí)移相變壓器輸入側(cè)都默認(rèn)接在0分接頭處。在電壓偏高時(shí)，可以將輸入側(cè)改接在+5%分接頭上，這樣可適當(dāng)降低功率單元輸入側(cè)的電壓，達(dá)到相對(duì)提高變頻器過(guò)電壓保護(hù)能力的目的。

3.5 增強(qiáng)過(guò)電壓檢測(cè)電路的可靠性和抗干擾性

前面提到過(guò)電壓檢測(cè)電路分為高壓采樣部分和低壓隔離比較部分，因此提高整個(gè)電路的可靠性和抗干擾性要從以下兩方面入手。

3.5.1 中間直流母線到電路板上的兩根連接導(dǎo)線要采用雙絞線，并且線長(zhǎng)應(yīng)盡量短，電路板檢測(cè)回路的入口處要增加濾波電容；降壓電阻應(yīng)選用功率裕性好、溫漂小的電阻。

3.5.2 低壓部分要采用工業(yè)等級(jí)的基準(zhǔn)源，采用高共模抑制比的光耦參數(shù)以提高光耦一、二次側(cè)的抗干擾能力。

3.6 在輸入增加逆變電路的方法

處理變頻器中間直流回路能量最好的方法就是在輸入側(cè)增加可控整流電路，可以將多余的能量回饋給電網(wǎng)。但可控整流橋價(jià)格昂貴，技術(shù)復(fù)雜，不是較經(jīng)濟(jì)的方法。這樣在實(shí)際中就限制了它的應(yīng)用，只有在較高級(jí)的場(chǎng)合才使用。

3.7 采用增加泄放電阻的方法

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1.1高壓變頻節(jié)能技術(shù)原理

所謂高壓變頻技術(shù)，是通過(guò)調(diào)節(jié)電壓的輸出，控制風(fēng)機(jī)的實(shí)際功率，從而進(jìn)一步控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，在風(fēng)機(jī)中應(yīng)用高壓變頻技術(shù)，就可以使得出風(fēng)口的擋板完全打開(kāi)，利用變頻技術(shù)從源頭調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量輸出。風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：n=（1-s）n0，n0=60f/p。其中n為實(shí)際轉(zhuǎn)速，n0為理論轉(zhuǎn)速，s是轉(zhuǎn)差率，f是電機(jī)的運(yùn)行頻率（60是60s），p是電機(jī)極對(duì)數(shù)。由轉(zhuǎn)速公式可看出，在不考慮轉(zhuǎn)差率s的情況下（s=0～0.05），電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n=60f/p，即n與f是成正比例相關(guān)的，n的值會(huì)隨著f的增加而增加，隨著f的減少而減少，所以控制功率的輸出，來(lái)調(diào)節(jié)f的值，就能夠完成對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速n的調(diào)節(jié)。

1.2高壓變頻節(jié)能技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

高壓變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，能夠避免風(fēng)量因?yàn)閾醢宓膿p失，提高風(fēng)機(jī)的工作效率，降低電力的消耗。比起擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量，利用高壓變頻技術(shù)調(diào)節(jié)，在輸送風(fēng)量時(shí)更加精準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鍋爐負(fù)荷的精準(zhǔn)控制。而且高壓變頻技術(shù)的應(yīng)用，在風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)進(jìn)行有效保護(hù)。傳統(tǒng)的全壓?jiǎn)?dòng)方式，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)都會(huì)產(chǎn)生極大的沖擊力，容易引發(fā)故障，甚至設(shè)備損壞。而高壓變頻技術(shù)使發(fā)動(dòng)機(jī)緩慢啟動(dòng)，有效地避免了這個(gè)問(wèn)題，極大地降低了設(shè)備故障率。

2熱電廠鍋爐風(fēng)機(jī)高壓變頻節(jié)能技術(shù)改造方案

2.1高壓變頻器選型

高壓變頻器的選型需要考慮電壓等級(jí)和投資成本的問(wèn)題，如一臺(tái)1120kW功率的風(fēng)機(jī)，選擇60kV電壓等級(jí)的高壓變頻器顯然就是不合理的，既無(wú)法對(duì)高壓變頻器進(jìn)行充分利用，又增大了投資成本，另外在選型時(shí)還需要注意諧波污染問(wèn)題。綜合分析熱電廠的實(shí)際需求，對(duì)比市面上的幾種高壓變頻器型號(hào)（兩電平型、多電平型、單元串聯(lián)型等），選擇單元串聯(lián)型高壓變頻器是較為合適的。它采用的是近幾年新出現(xiàn)的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路，所具有的優(yōu)點(diǎn)有：功率因素高、抗干擾能力強(qiáng)、諧波污染小、造價(jià)低、故障不停機(jī)等。

2.2主系統(tǒng)改造方案

QF為真空斷路器，QS1、QS2為高壓隔離刀閘，KM1、KM2、KM3為高壓真空接觸器。當(dāng)高壓變頻器投入使用時(shí)，應(yīng)先將真空斷路器QF閉合，再將高壓隔離刀閘QS1、QS2閉合，之后將高壓真空接觸器KM1、KM2閉合，斷開(kāi)高壓真空接觸器KM3。當(dāng)高壓變頻器發(fā)生故障時(shí)，高壓變頻器的控制保護(hù)系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)高壓真空接觸器KM1、KM2，同時(shí)閉合高壓真空接觸器KM3，使高壓電機(jī)從變頻狀態(tài)切換到工頻狀態(tài)下運(yùn)行。而為了保證切換運(yùn)行狀態(tài)時(shí)安全可靠，需要設(shè)計(jì)電氣互鎖功能，即KM1和KM2閉合時(shí)，KM3無(wú)法閉合；而當(dāng)KM3閉合時(shí)，KM1和KM2不能再閉合。

2.3高壓變頻節(jié)能技術(shù)改造方案注意事項(xiàng)

1）高壓變頻器在接線時(shí)，一定要注意輸入端和輸出端的區(qū)別，不可接反，以免在風(fēng)機(jī)使用時(shí)引發(fā)事故。2）準(zhǔn)確計(jì)算轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，采取必要的技術(shù)保護(hù)措施，避免發(fā)生扭曲共振現(xiàn)象。3）安裝完畢后，檢查變頻器柜體是否做好了相關(guān)接地工作。4）將預(yù)充電電源技術(shù)運(yùn)營(yíng)與風(fēng)機(jī)啟動(dòng)模式中，避免全壓?jiǎn)?dòng)對(duì)設(shè)備形成過(guò)大負(fù)荷。

3結(jié)束語(yǔ)

篇4

關(guān)鍵詞： 高壓變頻器 功率單元 低損耗絕緣柵雙極型晶閘管（IGBT） 脈沖寬度調(diào)制 脈沖幅度調(diào)制

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代化企業(yè)的機(jī)器設(shè)備的自動(dòng)化程度和精度越來(lái)越高，現(xiàn)代化企業(yè)的設(shè)備具有大型化、專(zhuān)業(yè)化、高速化、精密化、高智能自動(dòng)化的特點(diǎn)，隨之而來(lái)的設(shè)備專(zhuān)業(yè)知識(shí)和維修技術(shù)的難度相應(yīng)提高，攀鋼提釩煉鋼廠也是如此，尤其是高壓變頻技術(shù)在鋼廠的應(yīng)用精度高、范圍廣，而點(diǎn)檢、維修的技術(shù)難度大。

二、提釩煉鋼廠高壓變頻器的應(yīng)用范圍

提釩煉鋼廠采用了國(guó)內(nèi)外等七大公司的高壓變頻技術(shù)，包括北京利德華福電氣技術(shù)有限公司、日本東方日立、東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司、美國(guó)羅克韋爾公司、美國(guó)羅賓康公司、法國(guó)阿爾斯通公司、深圳海力科，分別使用的高壓變頻器有：HARSVERT-A（11臺(tái)）、DHVECTOL-DI03000/06B（1臺(tái)）、東方日立（2臺(tái)）、Power Flex7000(2臺(tái))、NBH（1臺(tái)）、ALSPA MD2000（2臺(tái)）、ZINVERT-A9H500/10Y（2臺(tái)），主要用于攀鋼提釩煉鋼廠的大慣量除塵風(fēng)機(jī)和水泵電機(jī)的控制。

三、轉(zhuǎn)爐高壓變頻器在提釩煉鋼廠使用中實(shí)際存在的問(wèn)題

1、在轉(zhuǎn)爐區(qū)域應(yīng)用范圍廣：

主要用于7座轉(zhuǎn)爐的一、二次除塵、脫硫Ⅰ-Ⅴ部除塵、老轉(zhuǎn)爐地下料倉(cāng)除塵的大慣量風(fēng)機(jī)。

2、影響范圍大：

影響7座轉(zhuǎn)爐和5部脫硫的生產(chǎn)及環(huán)保。

3、使用的廠家多，維修技術(shù)難度大：

包括北京利德華福電氣技術(shù)有限公司、日本東方日立、東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司、美國(guó)羅克韋爾公司、美國(guó)羅賓康公司、法國(guó)阿爾斯通公司。

4、變頻器的規(guī)格型號(hào)功率差異大，通用性差，備件組織難度大：

分別使用的高壓變頻器有：HARSVERT-A06/300( 07017)3000KW（1臺(tái)）、HARSVERT-A06/170 1600KW（2臺(tái)）、HARSVERT-A06/410 4000KW（1臺(tái)）、HARSVERT-A06/220 1800KW（2臺(tái)）、HARSVERT-A06/300( 07180) 800KW（1臺(tái)）、DHVECTOL-DI03000/06B 3000KW（1臺(tái)）、I07D022 3000KW（2臺(tái)）、Power Flex7000 3500KW(2臺(tái))、NBH 3500KW（1臺(tái)）、ALSPA MD2000 2040-690 2000KW（2臺(tái)）。

5、使用年限久，部分關(guān)鍵備件已經(jīng)更換多次，機(jī)旁?xún)?chǔ)備大部分是修復(fù)件：

轉(zhuǎn)爐區(qū)域的高壓變頻器大部分是在05、06年上線使用的，已經(jīng)更換過(guò)多次功率單元、主控板、電源模板等關(guān)鍵備件，線下的大部分是修復(fù)件。

6、部分進(jìn)口高壓變頻器運(yùn)行顯示界面是英文版本，這就要求點(diǎn)檢、維護(hù)人員具有一定的專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)水平，而現(xiàn)有的點(diǎn)檢、維護(hù)人員的專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)知識(shí)比較低，增加了設(shè)備點(diǎn)檢、維護(hù)人員診斷、處理故障的難度。

7、高壓變頻器的結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜，專(zhuān)業(yè)知識(shí)性強(qiáng)，內(nèi)部程序?yàn)閺S家鎖定，而現(xiàn)有的點(diǎn)檢、維護(hù)人員的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)比較膚淺，只能處理簡(jiǎn)單的故障，而對(duì)于復(fù)雜的故障，只能憑經(jīng)驗(yàn)或束手無(wú)策，這樣增加了處理故障的時(shí)間。

8、高壓變頻器屬于在高強(qiáng)度的電壓下運(yùn)行的設(shè)備，一般在6000伏以上，而現(xiàn)有的點(diǎn)檢、維護(hù)人員對(duì)高壓設(shè)備的性能了解甚少，這樣在檢修和維護(hù)時(shí)，存在著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

四、認(rèn)真學(xué)好高壓變頻器知識(shí)，研究高壓變頻器維修技術(shù)

1、了解并掌握變頻器原理以及基本知識(shí)

1.1什么是變頻器？

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能的控制裝置。

1.2變頻器的基本結(jié)構(gòu)

變頻器是把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來(lái)說(shuō)，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。

1.3變頻器的分類(lèi)

變頻器的分類(lèi)方法有多種，按照主電路工作方式分類(lèi)，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開(kāi)關(guān)方式分類(lèi)，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類(lèi)，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類(lèi)，可以分為通用變頻器、高性能專(zhuān)用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。

1.4 PWM和PAM的不同點(diǎn)是什么？

PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫(xiě)，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)制方式。

PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脈沖幅度調(diào)制) 縮寫(xiě)，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。

1.5電壓型與電流型有什么不同？

變頻器的主電路大體上可分為兩類(lèi)：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。

2、掌握高壓變頻器關(guān)鍵部件的系統(tǒng)原理及特點(diǎn)

篇5

【關(guān)鍵詞】高壓變頻器；火電廠；吸風(fēng)機(jī)

火電廠既是電能生產(chǎn)者，又是電能消費(fèi)者，特別是拖動(dòng)發(fā)電廠機(jī)、爐輔助設(shè)備如給水泵、射水泵、送風(fēng)機(jī)、吸風(fēng)機(jī)、排粉機(jī)等機(jī)械設(shè)備的電動(dòng)機(jī)耗電量達(dá)到了廠用電的80%左右。在廠網(wǎng)分開(kāi)，發(fā)電企業(yè)市場(chǎng)化程度加劇的背景下，必須通過(guò)高壓變頻器在火力發(fā)電廠風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)輔機(jī)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速節(jié)能改造，以提高火電廠的整體經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

1.工程概況

某火電廠兩臺(tái)125MW火力發(fā)電調(diào)峰型機(jī)組日常運(yùn)行時(shí)大約為滿負(fù)荷的80%，通過(guò)人工擋板調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)組輔機(jī)設(shè)備吸風(fēng)機(jī)的出力調(diào)節(jié)。機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于引風(fēng)機(jī)冗余功率較大，吸風(fēng)機(jī)入口擋板開(kāi)度約為60%。而機(jī)組調(diào)峰時(shí)，吸風(fēng)機(jī)入口擋板開(kāi)度約為40%，可見(jiàn)能力損失高，工作效率低。另外，采用擋風(fēng)板進(jìn)行風(fēng)量控制引起的阻力損耗也造成廠用電率高，對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生了不利影響。因此，為了適應(yīng)廠網(wǎng)分開(kāi)、竟價(jià)上網(wǎng)的電力體制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗大體趨勢(shì)，需將高壓變頻器調(diào)速裝置應(yīng)用于吸風(fēng)機(jī)。

2.高壓變頻器應(yīng)用要求

基于吸風(fēng)機(jī)的工作特點(diǎn)，變頻調(diào)速系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)需要滿足以下主要要求：第一，要求變頻器工作可靠性高，能保證長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)故障。第二，要求變頻器有旁路運(yùn)行功能，一旦出現(xiàn)故障，保證電動(dòng)機(jī)能切換到工頻狀態(tài)持續(xù)運(yùn)行。第三，調(diào)速范圍大，工作效率高，具有邏輯控制能力，可以自動(dòng)按照吸風(fēng)周期升降速。第四，設(shè)有共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)裝置，能使電機(jī)避開(kāi)共振點(diǎn)運(yùn)行，讓風(fēng)機(jī)不喘震。

3.高壓變頻器應(yīng)用技術(shù)分析

為了達(dá)到電氣節(jié)能和工藝優(yōu)化的目的，高壓變頻器應(yīng)用過(guò)程中主要采取以下技術(shù)措施。

3.1 電力電纜選型要點(diǎn)及敷設(shè)要求

變頻器通過(guò)電纜將頻率改變后的電量輸送到電動(dòng)機(jī)，因?yàn)楦飨嚯娎|對(duì)地之間均存在電容，運(yùn)行過(guò)程中電纜各相的對(duì)地電容電流是不相等的。尤其當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)之間連接的電纜較長(zhǎng)，且電壓、電流分量中存在高次諧波電流時(shí)，發(fā)生單相接地短路時(shí)，電纜的故障相電容電流所點(diǎn)燃的電弧熄滅時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使該段電纜發(fā)熱，從而造成非故障相絕緣破壞。在變頻調(diào)速改造工程中，考慮到電纜結(jié)構(gòu)上的三相對(duì)稱(chēng)性和屏蔽作用，可考慮適當(dāng)增加電纜截面，敷設(shè)長(zhǎng)度盡可能不超過(guò)限定值（100m），如果原有的電源電纜為非屏蔽或截面的載流量裕度小于2，應(yīng)更換符合要求的電力電纜?？紤]到電源電纜輸送的電壓、電流的高次諧波分量產(chǎn)生的磁場(chǎng)易干擾其他信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)施工時(shí)盡量避免電源電纜與控制電纜和信號(hào)電纜同時(shí)敷設(shè)。

3.2 高壓變頻器工作環(huán)境及改進(jìn)

由于高壓變頻器的逆變部分采用高壓IGBT等功率器件，其開(kāi)、關(guān)頻率大于100Hz，易形成高次諧波電流，在工作時(shí)將產(chǎn)生一定的熱量。目前高壓變頻器其效率一般都可達(dá)到96%～98%，4%的功率損耗主要以熱量形式散失在運(yùn)行環(huán)境當(dāng)中。雖然在變頻器柜的頂部均配有排風(fēng)扇，但只是將柜內(nèi)的熱量排放到室內(nèi)，造成室內(nèi)的環(huán)境溫度不斷升高，如果不能及時(shí)有效的解決變頻器室的工作環(huán)境溫度問(wèn)題，將直接危及變頻器本體的運(yùn)行安全；最終因?yàn)闇囟冗^(guò)高，導(dǎo)致變頻器過(guò)熱保護(hù)動(dòng)作跳閘。為提高設(shè)備的可靠性，保證變頻器具有良好的運(yùn)行環(huán)境，通過(guò)優(yōu)化散熱與通風(fēng)方案，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)與計(jì)算，實(shí)現(xiàn)設(shè)備散熱的高效。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)說(shuō)我們主要采用風(fēng)道開(kāi)放式冷卻和空調(diào)密閉冷卻這兩種方式。即給變頻調(diào)速裝置提供一個(gè)獨(dú)立的空間，室內(nèi)必須安裝備用空調(diào)設(shè)施，控制室內(nèi)環(huán)境溫度在變頻器所要求的范圍內(nèi)，同時(shí)設(shè)有通風(fēng)門(mén)窗，必要時(shí)采用專(zhuān)門(mén)風(fēng)道進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)和冷卻。

3.3 高壓供電系統(tǒng)出口斷路器的控制

變頻調(diào)速裝置所用變壓器的高壓側(cè)要與高壓系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)柜直接相連，但開(kāi)關(guān)柜的保護(hù)范圍只是供電線路與變壓器低壓側(cè)的短路，而變頻器的故障應(yīng)靠變頻器自身的檢側(cè)保護(hù)系統(tǒng)完成。當(dāng)變頻器發(fā)生故障發(fā)出跳閘信號(hào)時(shí)，斷路器應(yīng)可靠動(dòng)作跳閘。然而，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障（要求斷路器動(dòng)作跳閘）時(shí)，普通斷路器高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部恰好出現(xiàn)跳閘回路斷線或直流控制電源消失的情況，跳閘線圈已失電，斷路器拒絕動(dòng)作，造成變頻器內(nèi)部的功率器件損壞。所以要選擇具備當(dāng)跳閘回路斷線或控制電源消失時(shí)斷路器自動(dòng)跳閘功能的欠壓脫扣線圈的斷路器，以保護(hù)變頻器的設(shè)備安全。

3.4 吸風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的改造試驗(yàn)

采用型號(hào)為HARSVEST-A06/130變頻器以及型號(hào)為Y1000-8/1180的電動(dòng)機(jī)對(duì)高壓變頻系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的電氣試驗(yàn)，對(duì)比變頻調(diào)速調(diào)節(jié)和擋板調(diào)節(jié)兩種運(yùn)行方式下的吸風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的電能損耗情況，監(jiān)控啟動(dòng)時(shí)對(duì)母線和電動(dòng)機(jī)的電沖擊情況，諧波對(duì)母線影響以及電動(dòng)機(jī)軸電壓和電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)情況，電壓不對(duì)稱(chēng)度及效率等，以驗(yàn)證高壓變頻器應(yīng)用的可行性和有效性。

（1）通過(guò)變頻調(diào)速調(diào)節(jié)和擋板調(diào)節(jié)吸風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的能耗對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)該變頻調(diào)速改造項(xiàng)目進(jìn)行節(jié)電量、投資回收年限等綜合經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)變頻調(diào)速調(diào)節(jié)比擋板調(diào)節(jié)減少較多的綜合輸入功率，輸入側(cè)功率因數(shù)由原來(lái)的0.7左右調(diào)高到0.97以上，每年通過(guò)電量節(jié)約可直接帶來(lái)約80萬(wàn)元的直接經(jīng)濟(jì)效益。

（2）通過(guò)變頻器的輸出不對(duì)稱(chēng)度及輸出波形試驗(yàn)，得出該變頻器輸出電壓不對(duì)稱(chēng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，其輸出電壓和電流波形基本沒(méi)有畸變。

（3）通過(guò)變頻器效率試驗(yàn)，得出本變頻裝置的整體效率在機(jī)組正常運(yùn)行范圍內(nèi)為94%～96%左右，鑒于輸出功率越接近滿負(fù)荷效率越高，因此本試驗(yàn)結(jié)果表明，該變頻器可以滿足其技術(shù)要求。

（4）通過(guò)變頻調(diào)速系統(tǒng)的諧波試驗(yàn)得出發(fā)電機(jī)吸風(fēng)機(jī)在使用變頻器調(diào)速裝置時(shí)，6kV母線的電壓總諧波畸變率從2.03%降低到1.14%，小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值4%。另外，電壓波動(dòng)與閃變、三相電壓不平衡度基本沒(méi)有因變頻器的使用而產(chǎn)生變化，都符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

（5）通過(guò)變頻調(diào)速啟動(dòng)試驗(yàn)得出變頻調(diào)速啟動(dòng)比較平滑，對(duì)電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)都沒(méi)有沖擊。

（6）通過(guò)變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)軸電壓、振動(dòng)和溫升的影響試驗(yàn)得出電動(dòng)機(jī)的軸電壓未因使用變頻器而發(fā)生明顯變化，電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)明顯減小，電動(dòng)機(jī)的溫升比未投運(yùn)變頻器時(shí)略有降低。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)高壓變頻器應(yīng)用后各種試驗(yàn)分析，可以看出不僅保證整個(gè)系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行，還達(dá)到了節(jié)能降損目的，直接帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，符合火電廠市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)時(shí)展要求，有一定實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

篇6

Abstract： In order to reduce malfunctions and maintenance time and prolong the service life of boiler induced draft fan motor， Hebei Lingda Environment-friendly Power Plant reforms the high-voltage frequency converter of boiler induced draft fan. This paper introduces the necessity and implementation programmes of high-voltage frequency conversion， and describes the effect of high-voltage frequency conversion reform， which is of guiding significance for high-voltage frequency converters in similar situations.

關(guān)鍵詞： 高壓變頻器；引風(fēng)機(jī)；改造方案

Key words： high-voltage frequency converter；induced draft fan；improvement plan

中圖分類(lèi)號(hào)：TN77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）29-0053-02

1 設(shè)備概況

目前我公司引風(fēng)機(jī)電機(jī)規(guī)格為250KW 10000V YKK-450-2型.變頻器采用DFCVERT-MV高壓大功率變頻器，自投運(yùn)以來(lái)出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定，故障率較高的狀況，故障類(lèi)型主要分為控制系統(tǒng)故障和硬件系統(tǒng)故障兩類(lèi)，控制系統(tǒng)方面主要有“單元系統(tǒng)通訊故障”，硬件方面主要有“單元缺相故障，旁通運(yùn)行”、“單元直流過(guò)壓”、“單元直流欠壓”“單元系統(tǒng)通訊故障”由于是單機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)比較大，因此對(duì)變頻器運(yùn)行的可靠性要求非常高，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。

2 主控系統(tǒng)改造

2.1 改造目的

現(xiàn)有功率單元控制板故障率較高，經(jīng)常出現(xiàn)單元直流過(guò)壓?jiǎn)栴}就是控制板設(shè)置的保護(hù)定值漂移所致，究其原因是因?yàn)榘寮O(shè)置的電位器工作不穩(wěn)定，且沒(méi)有功率單元測(cè)溫功能，當(dāng)冷卻風(fēng)扇停運(yùn)后跳高壓開(kāi)關(guān)，穩(wěn)定性較差。

2.2 改造方案

2.2.1 更換硬件：主控板、光纖。

2.2.2 升級(jí)軟件：PLC軟件、觸摸屏、功率單元控制程序、296升級(jí)到7058配套軟件，功率單元控制板和觸摸屏修改軟件程序。

2.2.3 實(shí)施方案

①現(xiàn)有主控系統(tǒng)設(shè)備，包括主板及端子板、光通子板及母板、光纖拆除。

②升級(jí)現(xiàn)有功率單元控制板程序?yàn)?22控制板。

③將原連接功率單元和光通子板的光纖，由一對(duì)一改接同級(jí)三單元串聯(lián)后連接主控板方式。

④根據(jù)硬件的變更，連接相應(yīng)的二次連接線。

⑤對(duì)PLC軟件、觸摸屏、功率單元控制程序進(jìn)行升級(jí)，并將主板程序由296升級(jí)到7058配套軟件。

2.3 改造前后效果對(duì)比

2.3.1 技術(shù)參數(shù)對(duì)比，如表1。

2.3.2 邏輯功能對(duì)比，如表2。

3 瞬時(shí)停電再啟動(dòng)改造

3.1 改造目的

瞬停功能是指在主電源發(fā)生短時(shí)失電后，變頻器能夠不停機(jī)，當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)重新投入工作的功能，瞬停功能能夠滿足系統(tǒng)3～10秒的失電。

3.2 改造方案

①增加硬件：輸出PT、輸入變壓器、瞬停板、PLC擴(kuò)展模塊；

②更新軟件：瞬停板配套軟件；

③實(shí)施方案：

1）當(dāng)系統(tǒng)主電源消失后，瞬停檢測(cè)板通過(guò)輸入PT在10ms內(nèi)檢測(cè)到高壓失電，使變頻器進(jìn)入瞬停狀態(tài)。2）當(dāng)系統(tǒng)主電源重新來(lái)到時(shí)，瞬停板檢測(cè)到高壓信號(hào)后，使主控進(jìn)入來(lái)電狀態(tài)，主控開(kāi)始通過(guò)瞬停板檢測(cè)電機(jī)殘壓信號(hào)，并用適當(dāng)?shù)碾妷汉皖l率重新帶動(dòng)電機(jī)恢復(fù)到停電之前的狀態(tài)。3）系統(tǒng)示意圖：

3.3 改造前后效果對(duì)比

先前由于系統(tǒng)故障或廠用電系統(tǒng)方式切換時(shí)間超過(guò)100ms時(shí)，高壓變頻器跳高壓開(kāi)關(guān)，引起鍋爐MFT停爐。改造后，可以實(shí)現(xiàn)高壓斷電不超過(guò)10s的情況下，高壓變頻器持續(xù)工作，自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)電壓和頻率衰減情況，瞬停板檢測(cè)電機(jī)殘壓信號(hào)，并用適當(dāng)?shù)碾妷汉皖l率重新帶動(dòng)電機(jī)恢復(fù)到停電之前的狀態(tài)。

4 軟充電、低壓調(diào)試改造

4.1 改造目的

軟充電技術(shù)是將原有的功率單元高壓分布充電改為集中低壓充電，大大改善高壓上電過(guò)程中對(duì)功率單元內(nèi)部元器件的沖擊，降低了功率單元的故障率。

并可以實(shí)現(xiàn)低壓調(diào)試：在變頻器故障切至工頻工況下，可以將變頻器切至低壓調(diào)試模式，對(duì)變頻器進(jìn)行故障處理，并上電進(jìn)行調(diào)試，確定故障排除后，再將電機(jī)切至變頻運(yùn)行，大大降低了故障處理時(shí)間。

4.2 改造方案

①增加硬件：兩組充電電阻（1歐、10歐各一組）、一個(gè)開(kāi)關(guān)、兩個(gè)接觸器、配套電纜；

②實(shí)施方案：將所增加的硬件統(tǒng)一安裝在柜頂，改造示意圖如圖2。

4.3 改造前后效果對(duì)比

現(xiàn)有變頻器主電源上電是直接加在移相變壓器和變頻器功率單元上的，對(duì)功率單元內(nèi)部整流元件、IGBT和逆變?cè)泻艽蟮臎_擊，導(dǎo)致降低元器件的使用壽命，增大故障率。改造后采用軟充電方式，可大大減緩對(duì)單元內(nèi)部各元件的沖擊，提高各元件的使用壽命和降低故障率。

低壓調(diào)試模式一改原來(lái)變頻器需要停運(yùn)后才能故障檢測(cè)的模式，在變頻工頻運(yùn)行狀態(tài)下，采用軟充電電壓對(duì)變頻器模擬上電，對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查并通電試驗(yàn)，提高設(shè)備的故障檢測(cè)效率。

5 工變自動(dòng)切換改造

5.1 改造目的

工變切換是指在變頻器發(fā)生故障后，自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行，在變頻器具備運(yùn)行條件后，自動(dòng)從工頻切換為變頻的功能，可以大大減少故障切換時(shí)間。

5.2 改造方案

①增加硬件：兩個(gè)旁通柜（內(nèi)部配置：一臺(tái)高壓真空斷路器、兩臺(tái)高壓接觸器、一臺(tái)過(guò)電壓吸收器、PT、配套電纜）。

②實(shí)施方案：變切工：正常運(yùn)行時(shí)，QF1和KM1合，QF2斷開(kāi)，當(dāng)出現(xiàn)重故障或者人工給切換指令時(shí)，變頻器斷開(kāi)QF1和KM1，經(jīng)過(guò)電機(jī)去磁時(shí)間后合上QF2，電機(jī)進(jìn)入工頻運(yùn)行狀態(tài)。工切變：人工給出切換指令，變頻器先合上QF1，變頻器進(jìn)入預(yù)充電狀態(tài)，變頻器就緒以后自動(dòng)運(yùn)行并斷開(kāi)QF2，當(dāng)確認(rèn)QF2斷開(kāi)后合KM1，變頻器檢測(cè)電機(jī)的狀態(tài)，并以檢測(cè)到的轉(zhuǎn)速開(kāi)始將電機(jī)帶回50Hz。改造后的系統(tǒng)圖如圖3。

不必停機(jī)檢修，從而滿足重要過(guò)程控制場(chǎng)合的實(shí)際需求。

6 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)變頻改造以后，節(jié)能效果非常明顯，而且啟動(dòng)頻率低，轉(zhuǎn)速低，電流小且平穩(wěn)。實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，避免了以前用工頻啟動(dòng)時(shí)的大電流大轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)、電纜、開(kāi)關(guān)及機(jī)械設(shè)備的沖擊。不僅延長(zhǎng)了電機(jī)等設(shè)備的壽命，也減輕了軸承的磨損，提高了安全供電的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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篇7

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；濾波原理；濾波特性

中圖分類(lèi)號(hào)：TM464

1 引言

電力電子與芯片技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了電氣轉(zhuǎn)動(dòng)的技術(shù)革命，交流調(diào)速取代直流調(diào)速，數(shù)字控制取代模擬控制已成為發(fā)展趨勢(shì)。變頻器由可控硅整流，可控硅逆變等器件構(gòu)成，缺點(diǎn)很多，諧波大，對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)都有影響。近年迅速發(fā)展的新型功率器件將改變這一現(xiàn)狀，如IGBT、IGCT、SGCT等等，由它們構(gòu)成的高壓變頻器，性能優(yōu)異，可以實(shí)現(xiàn)PWM逆變，甚至是PWM整流。具有諧波小，功率因數(shù)也有較大程度的改善。

高壓變頻器屬投資類(lèi)設(shè)備，主要用于節(jié)能和改善生產(chǎn)工藝。是電機(jī)節(jié)能系統(tǒng)中的關(guān)鍵裝置，在節(jié)能降耗中的作用極為明顯，已經(jīng)成為節(jié)能減排的重要利器。

其本身的發(fā)展將促進(jìn)相關(guān)聯(lián)的電力電子、自動(dòng)化控制、軟件開(kāi)發(fā)、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、鑄造、冶煉、機(jī)械制造業(yè)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也將帶動(dòng)下游應(yīng)用領(lǐng)域包括石油化工、市政供水、冶金鋼鐵、電力能源等相關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與控制工藝水平的提高，提高生產(chǎn)工藝水平，降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)整個(gè)工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)調(diào)發(fā)展。

因安裝高壓變頻器后能達(dá)成平均節(jié)電30%的效果，國(guó)內(nèi)高壓變頻器應(yīng)用比率目前還不到30%，發(fā)達(dá)國(guó)家已達(dá)70%。在低碳經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，以及節(jié)能減排政策的出臺(tái)，高壓變頻器迎來(lái)一個(gè)發(fā)展的黃金時(shí)期。近幾年市場(chǎng)出現(xiàn)了爆發(fā)性增長(zhǎng)，平均年增長(zhǎng)率超過(guò)40%。高壓變頻器作為電機(jī)節(jié)能的主要電力電子裝置，市場(chǎng)空間大，發(fā)展前景十分廣闊。

總體而言，國(guó)內(nèi)高壓變頻器的現(xiàn)狀是：（1）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還有待規(guī)范；（2）相配套的產(chǎn)業(yè)很不發(fā)達(dá)；（3）生產(chǎn)工藝落后，勉強(qiáng)滿足變頻器產(chǎn)品的技術(shù)要求，但是價(jià)格低廉。（4）變頻器中使用的功率半導(dǎo)體，驅(qū)動(dòng)電路，光纖等關(guān)鍵器件完全依賴(lài)進(jìn)口。（5）與發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)差距在縮小，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品正應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中；（6）已經(jīng)研制出具有瞬時(shí)掉電再恢復(fù)、故障再恢復(fù)等功能的變頻器。

同時(shí)，應(yīng)用高壓變頻器也存在一些副作用；變頻器的使用會(huì)給電力系統(tǒng)帶來(lái)一些諧波污染，高次諧波及殘留的共模電壓會(huì)引起有功無(wú)功損耗，電機(jī)熱損耗增加、電機(jī)噪聲和振動(dòng)增大、產(chǎn)生漏電流引起保護(hù)動(dòng)作，使軸承燒蝕、使電機(jī)端產(chǎn)生過(guò)電壓引起絕緣老化，從而影響電動(dòng)機(jī)的壽命等。一個(gè)好的濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得非常重要。

2 濾波系統(tǒng)及其原理分析

2.1 濾波器結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。電流源型變頻器可以依靠自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，解決長(zhǎng)期困擾的共模電壓這一難題。而在變頻器的使用過(guò)程中還存在諧波和無(wú)功這兩現(xiàn)象，在此可以通過(guò)使用濾波器來(lái)抑制諧波和補(bǔ)償無(wú)功損耗。濾波器具有不同頻率的濾波功能，所以對(duì)不同阻抗和相位角變化表現(xiàn)出不同影響，圖1所示為有源濾波器系統(tǒng)的示意圖。使用傅里葉變換法來(lái)對(duì)變頻器的脈沖調(diào)制電流進(jìn)行分析，可以從空間矢量調(diào)制的頻率中提取出基波和諧波。在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)要同時(shí)考慮輸入輸出特性，并要注重失真和位移兩大因素。最后也可以對(duì)設(shè)計(jì)的濾波裝置進(jìn)行仿真演算，驗(yàn)證結(jié)果的可靠性。

濾波器在使用過(guò)程中常見(jiàn)的三種響應(yīng)模式，包括巴特沃斯響應(yīng)（也稱(chēng)為最平坦響應(yīng)）、貝塞爾響應(yīng)、切貝雪夫響應(yīng)。“巴特沃斯響應(yīng)”帶通濾波器在響應(yīng)特性上比較舒緩，而“切比雪夫響應(yīng)”帶通濾波器的衰減曲線非常陡峭。因此在選擇濾波器時(shí)要考慮在電網(wǎng)系統(tǒng)中哪種效應(yīng)是可以允許的，哪種的穩(wěn)定性最好。不過(guò)“切比雪夫響應(yīng)”濾波器對(duì)設(shè)備的響應(yīng)不敏感，但它結(jié)合了供選擇性和駐波模式兩大優(yōu)勢(shì)，所以現(xiàn)在使用最廣泛的就是“切比雪夫響應(yīng)”濾波器。

2.2 濾波器的原理簡(jiǎn)介。濾波器的作用就是在電路系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，通常由有源和無(wú)源兩種濾波器。它的重要作用主要就是將有用的信號(hào)無(wú)損耗的輸出，同時(shí)濾除無(wú)用的信號(hào)。濾波器裝置通常具有輸入與輸出兩個(gè)端口，來(lái)進(jìn)行信號(hào)的傳輸。使用選通濾波器可以將一群符合波形轉(zhuǎn)變?yōu)槟骋恢付l率的正弦波。

濾波電路簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)包括電感器和電容器兩部分，這樣可以有效分割交流和直流電。最簡(jiǎn)單的濾波電路稱(chēng)為L(zhǎng)型濾波系統(tǒng)，只由一個(gè)電容器和一個(gè)電感器組成，所有復(fù)雜濾波器，都可以分解為幾個(gè)簡(jiǎn)單的L型濾波。在一般的電路系統(tǒng)中更多的是使用L型及π型兩種濾波器。如果濾波器對(duì)某一頻率的選擇性較強(qiáng)，但對(duì)此截止頻率以外的其他頻率過(guò)濾不大，則將其稱(chēng)作m常數(shù)濾波器。這里提到的截止頻率，就是指濾波器的諧振頻率。例如像帶阻濾波器等很多濾波器都是m型濾波器，在此m其實(shí)為一變量，可表示為截止頻率與衰減頻率的比值。m值的大小反應(yīng)了濾波器阻抗和K常數(shù)的關(guān)系。m的取值一般在0～1之間，當(dāng)取值靠近0時(shí)，截止頻率波峰變得更為尖銳，但倍頻的衰減率會(huì)隨之降低。共振臂的改變可以確定需要的截至頻率，Q值的變動(dòng)也反應(yīng)了其衰減率。當(dāng)m取0.6時(shí)，濾波效果最佳。

3 變頻器的濾波特性

3.1 無(wú)變壓器電流型高壓變頻器的輸入濾波器相移功率因數(shù)。假設(shè)整流器的整體輸入功率因數(shù)為PF（overall）：它可以表示為：PF（overall）=PF（dist）*PF（displace），其中PF（dist）表示為失真功率因子，而PF（displace）代表相移功率。在脈寬調(diào)制的整流器設(shè)備中采用濾波器作為輸入端，雖然提升了失真功率因數(shù)，但降低了相移功率。所以就PF（overall）而言，應(yīng)該調(diào)節(jié)好最佳的PF（displace）。

要提高三相整流電路的有功功率，就是要保持輸入端的電壓和電流取相同的數(shù)值，進(jìn)而使得電流的開(kāi)關(guān)序列和電容電壓同步變化。如圖2所示，其中阻尼和諧波不予考慮，經(jīng)過(guò)整流器的矢量調(diào)制后形成一相空間向量圖3。

然后分析電壓和電流的相位角關(guān)系，再計(jì)算按以下公式計(jì)算tanθ：

公式中， 代表基波電壓； 則是整流器的輸入端中的基波電流； 是濾波感抗； 表示的是濾波容抗。

從上面的關(guān)系式可以得到θ與I1的關(guān)系，經(jīng)過(guò)推算可以得出隨著I1的增大，相位角θ逐漸降低。根據(jù)PF（displace）來(lái)計(jì)算PF（claim），再推得 。

再推導(dǎo)整流器電路可以獲得的最大無(wú)功功率：

最后計(jì)算得到電容C的取值范圍的最大不超過(guò)該計(jì)算公式：

這里，額定相電壓用Uac表示，基波頻率用f1表示。

3.2 逆變器中濾波器的輸出特性研究。逆變器中使用的電壓可以是二相或者三相的，但其輸出電壓形狀一般是周期性的矩形脈沖。在此假設(shè)矩形脈沖的幅度為E，其輸出是兩個(gè)階躍信號(hào)的差值，參考以下公式：

在此，脈沖寬度用 表示。在分析濾波器的響應(yīng)特性時(shí)，要使用迭加原理。為濾波器在 作用下形成的經(jīng)過(guò)s域計(jì)算的電路圖如圖4所示。

這里， 的拉普拉斯變換表示為 。電路的初始狀態(tài)表示如下：

，有：

當(dāng)f2（t）作用在濾波器的輸出端時(shí)，形成的電流為：

在此，

而在f（t）=f1（t）-f2（t）作用下，濾波器的輸出電流為：

從公式中可以看出，要提高相電流 ，就應(yīng)當(dāng)減小 的值。也就是說(shuō)增大 ，減小 。電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生紋波，所以應(yīng)該提高 的值。

4 結(jié)論

當(dāng)前，我國(guó)很多工業(yè)領(lǐng)域，如：電力、鋼鐵、石油、石化、化工、水泥建材、礦山、市政等行業(yè)都大量使用到了高壓變頻器傳動(dòng)裝置，而且從長(zhǎng)期的發(fā)展來(lái)看，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益較突出。隨著新型高耐壓、大功率電力電子元件的出現(xiàn)，也對(duì)變頻器的控制方法、精度和性能改善都提出了更高的要求。在此，本文研究的高壓變頻器中濾波器這一裝置的輸入輸出特性，并介紹了濾波原理，這對(duì)于以后電路中的濾波特性改善提供了有意義的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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篇8

關(guān)鍵詞：變頻；節(jié)能；效率

中圖分類(lèi)號(hào)：TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

為促進(jìn)電力使用中的節(jié)能降耗以及提高自動(dòng)化和工藝水平，尤其是降低廠用電率提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載的變頻節(jié)能分析測(cè)算表明，進(jìn)行變頻改造具有較顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)電廠中重要輔機(jī)有吸風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、凝結(jié)泵、循機(jī)循環(huán)泵等，是廠用電的耗電大戶，根據(jù)這些風(fēng)機(jī)、水泵在發(fā)電廠的實(shí)際運(yùn)行情況，存在設(shè)計(jì)裕量大、電機(jī)恒速運(yùn)行、擋板調(diào)節(jié)流量損失大的缺點(diǎn)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)這些重要輔機(jī)進(jìn)行變頻改造就具有極為重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

1、概況

某電廠2×300MW機(jī)組發(fā)電機(jī)是上海電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN-300-2型汽輪發(fā)電機(jī)，采用封閉式自然循環(huán)通風(fēng)系統(tǒng)。汽輪機(jī)是上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)N300―16.7/537/537亞臨界一次中間再熱雙缸兩排汽直間空冷凝汽式汽輪機(jī)，額定背壓均為14.6kpa 額定流量933.9t/h。

鍋爐采用上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG―1062/17.5―M894型鍋爐，為亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)、固態(tài)排渣煤粉爐，單爐膛、微負(fù)壓燃燒。鍋爐呈“∏”型布置。

某發(fā)電廠#1-#2機(jī)組的重要風(fēng)機(jī)及泵參數(shù)列表如下：

2、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)基本原理：

2.1高壓變頻節(jié)能的基本理論

變頻器將三相工頻(50Hz)交流電源變成三項(xiàng)電壓可調(diào)、頻率可調(diào)的交流電源，有時(shí)又將變頻調(diào)速器叫做VVVF。主要用于交流電動(dòng)機(jī)（異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

各交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)由變頻調(diào)速器（驅(qū)動(dòng)器）、交流電動(dòng)機(jī)和控制器3個(gè)大部分組成。其中核心設(shè)備是變頻調(diào)速器，由它來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)和頻率的平滑變化。交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

（2-1）

式中， n――轉(zhuǎn)速f――頻率s――轉(zhuǎn)差率p――極對(duì)數(shù)

由上式可知，轉(zhuǎn)速與頻率成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率在0~50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。因此，在極對(duì)數(shù)p一定，轉(zhuǎn)差發(fā)生變化很小的情況下，轉(zhuǎn)速基本上與電源頻率f成正比。

現(xiàn)在電廠雖然已經(jīng)采用高效的水泵、風(fēng)機(jī)，但是實(shí)際中水泵、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率并不高，主要原因有兩個(gè)：

（1）運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)離最高效率點(diǎn)。

（2）光靠擋板（閥門(mén)）調(diào)節(jié)的水泵、風(fēng)機(jī)調(diào)速性能差。

根據(jù)水泵、風(fēng)機(jī)工作原理與運(yùn)行曲線，我們可以得到圖2.1中的運(yùn)行曲線，這條曲線配合水泵、風(fēng)機(jī)在不同流量運(yùn)行時(shí)的特性曲線（阻抗曲線）可以得到在未運(yùn)用變頻調(diào)速情況下使用（閥門(mén)）調(diào)節(jié)控制流量。

圖2.1常規(guī)水泵閥門(mén)調(diào)節(jié)

常用的定速泵采用節(jié)流閥控制，將節(jié)流閥關(guān)小，泵的工作點(diǎn)由額定的A點(diǎn)變化到B點(diǎn)，流量減少而壓力增加，效率降低，由此而引起的電能損失也是相當(dāng)可觀的。

當(dāng)采用變頻調(diào)速裝置時(shí)，可以按流量需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水泵、風(fēng)機(jī)的性能曲線，使水泵、風(fēng)機(jī)的額定參數(shù)滿足工藝要求。變速前后流量，壓力、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：

（2-2） （2-3）（2-4）

、、―水泵在轉(zhuǎn)速時(shí)的流量、壓力、功率；

、、―水泵在轉(zhuǎn)速時(shí)的流量、壓力、功率；

圖2.2水泵變頻調(diào)節(jié)運(yùn)行曲線

假如轉(zhuǎn)速降低一半，即：，則，可見(jiàn)降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達(dá)到節(jié)能的目的。從圖2.2可以看出：當(dāng)轉(zhuǎn)速由降為時(shí)，水泵、風(fēng)機(jī)的額定工作參數(shù)、、都降低了。但從效率曲線看，點(diǎn)的效率值與點(diǎn)的效率值基本是一樣的。也就是說(shuō)當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，額定工作參數(shù)相應(yīng)降低，但效率不會(huì)降低，因此在滿足操作要求的前提下，水泵、風(fēng)機(jī)仍能在同樣甚至更高的效率下工作。

2.2 采用變頻器的優(yōu)點(diǎn)

1）變頻調(diào)速能節(jié)約原來(lái)?yè)p耗在擋板截流過(guò)程中的大量能量，減少了因頻繁調(diào)節(jié)而造成的閥門(mén)擋板損壞、管道磨損和經(jīng)常停機(jī)檢修所造成的經(jīng)濟(jì)損失，大大提高了經(jīng)濟(jì)效益。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過(guò)改變定子供電頻率f來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，在調(diào)速中從高速到低速都可以保持較小的轉(zhuǎn)差率，因而消耗轉(zhuǎn)差功率小，效率高，是異步電動(dòng)機(jī)的最為合理的調(diào)速方法。

由公式（2-1）可以看出，若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)。

2）采用變頻調(diào)速后，可實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，對(duì)廠用電的沖擊和機(jī)械負(fù)載的沖擊都大大減小，同時(shí)延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的壽命，相對(duì)于電動(dòng)機(jī)直接工頻運(yùn)行而言，功率因數(shù)大大改善，對(duì)低速電動(dòng)機(jī)效果尤為明顯。實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速后，風(fēng)機(jī)經(jīng)常在額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行，介質(zhì)對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪和擋板的磨損，軸承的磨損，密封的損壞都大大降低，減少了維護(hù)工作量。

3）高壓變頻器與火電廠的DCS相連，可以實(shí)現(xiàn)高精度、寬范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速，全面滿足各種復(fù)雜工藝的需要，提高生產(chǎn)效率和機(jī)組自動(dòng)化水平。采用變頻調(diào)速后，可以很方便地構(gòu)成閉環(huán)控制，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，且線性度較好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。

4）方便實(shí)現(xiàn)電機(jī)頻繁啟停，變頻器對(duì)網(wǎng)電壓波動(dòng)有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，在10%~5%額定電壓范圍內(nèi)可滿載輸出。

5）具有旋轉(zhuǎn)負(fù)載啟動(dòng)功能。當(dāng)變頻器發(fā)生瞬間中斷時(shí)，變頻器可在電動(dòng)機(jī)還在旋轉(zhuǎn)的情況下，重新將轉(zhuǎn)速跟蹤至啟動(dòng)位置，恢復(fù)運(yùn)行。

6）具有控制信號(hào)掉電保持功能。當(dāng)控制信號(hào)4~20mA掉電后，變頻器能夠根據(jù)設(shè)定信號(hào)（一般為80%額定值）保持在一個(gè)恒定的位置。

7）變頻器滿載輸出時(shí)，電流諧波分量小于2%，符合國(guó)家供電部門(mén)對(duì)電壓失真和電流失真最嚴(yán)格的要求。對(duì)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有特殊的要求，可以沿用以往的普通異步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)不必降額使用。

3、方案設(shè)計(jì)及改造前后對(duì)比

3.1凝結(jié)水泵變頻改造概述：

為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器配置方案采用采用一拖二方式，即兩臺(tái)電機(jī)配置一套變頻裝置，任何一臺(tái)電機(jī)都可工作在變頻運(yùn)行狀態(tài)，且任何時(shí)刻也只有一臺(tái)電機(jī)工作在變頻運(yùn)行狀態(tài)；或一臺(tái)泵先變頻運(yùn)行而另一臺(tái)泵工頻備用，在變頻器或變頻運(yùn)行的電機(jī)故障，另一臺(tái)備用工頻電機(jī)可以瞬間啟動(dòng)，不影響機(jī)組的運(yùn)行。一托二原理圖如右圖：

QF1,QF2為6KV進(jìn)線開(kāi)關(guān)，QS1～QS6為隔離刀閘。QS2與QS3、QS5與QS6之間有機(jī)械互鎖，確保工頻、變頻不同時(shí)輸出造成輸出短路。QS1與QS4之間有邏輯互鎖，避免兩段高壓電源有回流。

3.2不同負(fù)荷下變頻改造前后對(duì)比

項(xiàng)目

篇9

高壓變頻技術(shù)隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、四軸承結(jié)構(gòu)、強(qiáng)制風(fēng)冷裝置、軸電流引出裝置、軸承液壓泵系統(tǒng)裝置等主要結(jié)構(gòu)組成。電動(dòng)機(jī)主體安裝在對(duì)旋風(fēng)機(jī)主風(fēng)筒的最里層，1臺(tái)對(duì)旋風(fēng)機(jī)用2臺(tái)電動(dòng)機(jī)(左右出線各1臺(tái))。電動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)介紹如下:1)電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子鐵心。鐵心用徑向通風(fēng)道隔開(kāi)，分段迭成。材料采用DW360硅鋼片，使電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)都有所提高。2)電動(dòng)機(jī)定子繞組。定子線圈采用經(jīng)特殊絕緣處理的變頻電動(dòng)機(jī)專(zhuān)用電磁線(耐電暈220級(jí))———聚酰亞胺－氟樹(shù)脂復(fù)合薄膜繞包雙玻璃絲包銅扁線。電動(dòng)機(jī)每相繞組埋有2支Pt100，共6支，分為2組，一組使用，一組備用，以模擬方式輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)繞組的溫度保護(hù)。3)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子為鼠籠式結(jié)構(gòu)。采用銅條焊接，與軸采用熱套配合，剛度好。軸由45號(hào)的圓鋼和Q235－A的筋板組焊而成，并經(jīng)嚴(yán)格的退后處理和時(shí)效振動(dòng)處理。4)電動(dòng)機(jī)的機(jī)座和軸承室。機(jī)座材料均采用了優(yōu)質(zhì)碳素鋼Q235－A，并按工藝要求焊接完后，進(jìn)行了有效的退火處理。機(jī)座采用圓機(jī)座，通過(guò)機(jī)座兩壁板上的通風(fēng)管散熱，并且加強(qiáng)機(jī)座剛度。變頻電動(dòng)機(jī)，由于諧波與磁路的問(wèn)題，產(chǎn)生軸電流很大，軸電流又對(duì)軸承的危害很大，大大縮短軸承壽命。因此需要用絕緣軸承或?qū)⑤S承室絕緣以達(dá)到對(duì)軸承絕緣。軸承室零件材料采用了鑄鋼ZG230－450。保證了零件的鋼性和加工性。5)冷卻方式。為了保證對(duì)旋風(fēng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速下有足夠的風(fēng)量，電動(dòng)機(jī)冷卻采用強(qiáng)制通風(fēng)冷卻方式。強(qiáng)制通風(fēng)用的冷卻電動(dòng)機(jī)有良好的工作性能和耐用年限，該電動(dòng)機(jī)采用雙法蘭不帶底腳強(qiáng)構(gòu)，軸承采用了進(jìn)口SKF軸承，并加裝了Pt100測(cè)溫傳感器。6)軸承裝置。電動(dòng)機(jī)軸承軸伸端軸承采用一盤(pán)球面調(diào)心滾子軸承，非軸伸端軸承采用三軸承同心式組合結(jié)構(gòu)，軸承全部采用進(jìn)口SKF軸承。軸承方式采用液壓泵站強(qiáng)制。軸承室防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP54。7)其它裝置。電動(dòng)機(jī)設(shè)有空間加熱器，當(dāng)電動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)，加熱器開(kāi)始投入使用，保證電動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度高出環(huán)境溫度5℃以上，以防止電動(dòng)機(jī)在停機(jī)狀態(tài)下結(jié)露。為防止產(chǎn)生的軸電流對(duì)軸承形成電腐蝕作用，除采用絕緣軸承室外，還加設(shè)有軸電流引出裝置，軸電流引出裝置安裝在電動(dòng)機(jī)軸承的非軸伸端外蓋上，并用防護(hù)罩做保護(hù)。

2高壓變頻技術(shù)隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)的創(chuàng)新點(diǎn)

2．1絕緣軸承組結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)電腐蝕

變頻技術(shù)與電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電腐蝕現(xiàn)象。傳統(tǒng)應(yīng)對(duì)軸承電腐蝕的措施的主要方法有兩種:一是選用絕緣軸承;二是選用絕緣軸承室。但這兩種方法都存在一定問(wèn)題。直接采購(gòu)絕緣軸:一是價(jià)格昂貴;二是市場(chǎng)資源少，供貨周期長(zhǎng);三是電機(jī)的絕緣軸承在裝配與拆卸過(guò)程中，容易將外圈涂層和內(nèi)圈涂層拉壞，對(duì)軸承維護(hù)保養(yǎng)造成困難。如果采用絕緣軸承室，雖然它有價(jià)格不高的優(yōu)點(diǎn)，但在使用或維護(hù)過(guò)程中容易損壞。而且一旦損壞，需要返廠采用特殊工藝進(jìn)行恢復(fù)。經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐探索，一種新的絕緣軸承室被設(shè)計(jì)出來(lái)，它是在軸承的端蓋內(nèi)孔與軸承套之間夾絕緣層，首先將軸承套與絕緣層采用特殊工藝固化在一起，然后與軸承端蓋內(nèi)孔套起來(lái)，并在其端面用螺栓緊固。這種新型絕緣軸承室有價(jià)格不高、不易造成絕緣層損壞等優(yōu)點(diǎn)，解決了電機(jī)軸承絕緣的難題。

2．2四軸承結(jié)構(gòu)解決軸承易損問(wèn)題

五陽(yáng)煤礦主通風(fēng)機(jī)原有電動(dòng)機(jī)的軸伸端是選用了1套NU系列的短圓柱滾子軸承和1套6系列深溝球軸承，非軸伸端是1套NU系列的短圓柱滾子軸承。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，其軸伸端短圓柱滾子軸承承受絕大部分葉輪與轉(zhuǎn)子重量，6系列的深溝球軸承承受來(lái)自葉輪的軸向力，非軸伸端軸承承受剩余一小部分轉(zhuǎn)子重量。礦用大功率通風(fēng)機(jī)葉輪的重量最大可達(dá)3t，葉輪的軸向力也有10～30kN。而葉輪是靠電動(dòng)機(jī)軸伸懸臂支撐，葉輪的重量和撓動(dòng)力常常會(huì)造成電動(dòng)機(jī)軸承發(fā)生撓曲變形。一般來(lái)講，深溝球軸承主要用于承受徑向載荷，也承受一部分軸向載荷，但承受軸向力的能力比徑向力弱。因此，五陽(yáng)煤礦原有電動(dòng)機(jī)的軸承的受力狀況環(huán)境比較惡劣。其次，它的電動(dòng)機(jī)采用脂進(jìn)行軸承，其注排油難度非常大，經(jīng)常發(fā)生缺脂或注脂過(guò)量等問(wèn)題，并且不容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)軸承損壞率比較高。因此，設(shè)計(jì)出了一種新型的軸承組合———四軸承結(jié)構(gòu)。四軸承結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。四軸承結(jié)構(gòu)為:軸伸端是1套球面向心軸承，非軸伸端兩端為球面推力軸承、中間是1套球面向心軸承。軸承結(jié)構(gòu)中的這4套軸承都具有調(diào)心功能，值得特別指出的是，非軸伸端的3套軸承有1個(gè)共同的球心，這樣在調(diào)心過(guò)程中就能步調(diào)一致。各軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，各司其職，配合完美，其軸伸端軸承承受大部分葉輪與轉(zhuǎn)子的重量，非軸伸端的球面向心軸承承受剩余部分的向力，前后兩套軸承分別承受正、反轉(zhuǎn)時(shí)的不同方向的軸向力。這套軸承的自動(dòng)調(diào)心功能，很好地解決了傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)存在的前后軸承的不同心問(wèn)題、葉輪的重量和撓動(dòng)力造成電動(dòng)機(jī)軸承發(fā)生撓曲變形的問(wèn)題。

2．3軸承采用稀油強(qiáng)制

傳統(tǒng)的三相交流電動(dòng)機(jī)一般采用脂進(jìn)行軸承，但脂使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)后會(huì)失效。目前國(guó)內(nèi)普遍采用的是在軸承外蓋上增設(shè)排油管裝置，但由于沒(méi)有壓力，油脂一般很難排除，如果采用加新的油脂將廢油擠出來(lái)，會(huì)造成如下問(wèn)題:①通過(guò)新油脂將廢油脂排除，勢(shì)必軸承內(nèi)要充滿油脂，這樣就將影響軸承散熱;②由于軸承內(nèi)蓋與轉(zhuǎn)軸有一定的間隙，有很多油脂會(huì)通過(guò)此間隙進(jìn)入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，覆蓋在定子線圈上，往往會(huì)導(dǎo)致定子繞組絕緣電阻降低，甚至造成擊穿。新設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)軸承采用了稀油強(qiáng)制，如果要對(duì)軸承進(jìn)行換油，打開(kāi)排油口即可。軸承維護(hù)工作量也幾乎沒(méi)有。

3結(jié)語(yǔ)

篇10

關(guān)鍵詞刮板輸送機(jī)；高壓變頻器；應(yīng)用

在刮板運(yùn)輸機(jī)中用變頻技術(shù)替代傳統(tǒng)的調(diào)速型液力耦合器，通過(guò)直接將對(duì)輪聯(lián)接的方式，可以有效避免斷鏈保護(hù)停機(jī)、功率失衡等問(wèn)題，在很大程度上提升設(shè)備機(jī)械效率。本文以山西焦煤霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦為例，介紹3.3kV電壓等級(jí)礦用隔爆高壓變頻器（型號(hào)BPJV1-2000/3.3）工作原理及其在實(shí)際運(yùn)用中的運(yùn)行數(shù)據(jù)控制，并對(duì)其在刮板輸送機(jī)中的應(yīng)用功能特性進(jìn)行分析。

1高壓變頻器系統(tǒng)簡(jiǎn)介

3.3kV高壓變頻器系統(tǒng)主要由兩部分構(gòu)成，即主回路、控制回路。主回路經(jīng)過(guò)移動(dòng)變電站輸出電壓將分為兩路1903V，變頻器繼而對(duì)輸入電壓進(jìn)行輸出控制，確保電動(dòng)機(jī)的輸入電壓頻率控制在0~50Hz?？刂苹芈分饕獮榈蛪嚎刂圃O(shè)備，包括監(jiān)控中心、集中顯示臺(tái)、TK200控制器以及信號(hào)采集終端四部分構(gòu)成。

2高壓變頻器系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)

2.1主從功率平衡

高壓變頻器在刮板輸送機(jī)中應(yīng)用的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)三臺(tái)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載均衡，確保主從功率平衡。主機(jī)變頻器可選擇速度控制方式，從接收到主機(jī)變頻器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)后，會(huì)根據(jù)一定的函數(shù)計(jì)算得出從機(jī)應(yīng)輸出的轉(zhuǎn)速，從而避免主從機(jī)負(fù)荷失衡的問(wèn)題。根據(jù)刮板輸送機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)順序，將機(jī)尾部變頻器設(shè)置為主機(jī)，另外兩臺(tái)機(jī)頭變頻器設(shè)為從機(jī)。3臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程為：集中顯示臺(tái)將轉(zhuǎn)速信號(hào)傳給主機(jī)變頻器，機(jī)尾變頻器通過(guò)先導(dǎo)啟動(dòng)，后將轉(zhuǎn)矩信號(hào)通過(guò)線傳輸給從機(jī)，從機(jī)將根據(jù)主機(jī)轉(zhuǎn)矩設(shè)定適宜的轉(zhuǎn)速。

2.2斷鏈停機(jī)保護(hù)

煤礦工作面推進(jìn)過(guò)程中，由于工作環(huán)境比較復(fù)雜，刮板輸送機(jī)運(yùn)行中常出現(xiàn)饋鏈、卡鏈甚至斷鏈的問(wèn)題，對(duì)工作面正常開(kāi)采造成嚴(yán)重影響。圖1所示為變頻系統(tǒng)監(jiān)測(cè)得到的刮板輸送機(jī)斷鏈瞬間3臺(tái)電機(jī)電流變化情況。分析得出，在刮板輸送機(jī)斷鏈瞬間，機(jī)尾電機(jī)電流變化曲線有四處明顯的起伏變化，最大下降幅度可達(dá)到70%。因此，通過(guò)電動(dòng)機(jī)電流變化可以有效判斷刮板輸送機(jī)是否斷鏈，繼而采取停機(jī)保護(hù)措施，減輕對(duì)機(jī)器設(shè)備的進(jìn)一步傷害。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)設(shè)置合理的斷鏈參數(shù)值與瞬態(tài)電流檢測(cè)時(shí)間，一般情況下瞬態(tài)電流下降率與電流檢測(cè)時(shí)間可設(shè)置為70%、10s，具體可根據(jù)機(jī)械設(shè)備參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2.3轉(zhuǎn)差率保護(hù)

刮板輸送機(jī)斷鏈瞬間，機(jī)尾電動(dòng)機(jī)電流及轉(zhuǎn)速變化情況如圖2所示。辛置煤礦刮板輸送機(jī)采用的電動(dòng)機(jī)為防爆型HXW95kW/V，額定電流A。如果刮板輸送機(jī)堵轉(zhuǎn)的情況下，其堵轉(zhuǎn)變流一般為倍額定電流，即A。此時(shí)，刮板輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩運(yùn)行就成為了恒功率運(yùn)行，負(fù)載電流會(huì)持續(xù)升高，轉(zhuǎn)速則相應(yīng)地會(huì)持續(xù)下降直至停轉(zhuǎn)。而變頻控制系統(tǒng)中有轉(zhuǎn)差率保護(hù)功能，如果電機(jī)轉(zhuǎn)差率及其持續(xù)時(shí)間超過(guò)設(shè)定數(shù)值，系統(tǒng)將會(huì)判定其出現(xiàn)斷鏈或刮板摩擦事故，系統(tǒng)將立即發(fā)生停機(jī)警報(bào)，并在一定時(shí)間后進(jìn)行停機(jī)保護(hù)。

2.4轉(zhuǎn)矩保護(hù)

重載啟動(dòng)也是煤礦刮板輸送機(jī)使用中經(jīng)常發(fā)生的事情，因此，煤礦刮板輸送機(jī)需具備較強(qiáng)的重載啟動(dòng)能力。但如果刮板輸送機(jī)非重載啟動(dòng)，此時(shí)若設(shè)置很大的轉(zhuǎn)矩上限，將會(huì)出現(xiàn)很多的不良現(xiàn)象，如卡鏈、饋鏈甚至斷鏈。所以變頻器啟動(dòng)需要有給定的軟件設(shè)定輸出轉(zhuǎn)矩和輸出電流的2.2倍，正常運(yùn)行階段可通過(guò)變頻器顯示器設(shè)置參數(shù)峰值。以辛置煤礦刮板輸送機(jī)變頻器開(kāi)關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，目前，變頻器通過(guò)軟件設(shè)計(jì)，運(yùn)行分析，設(shè)定不同情況下的轉(zhuǎn)矩和電流上限。通過(guò)軟件設(shè)計(jì)分析，應(yīng)確保刮板輸送機(jī)在不良情況下重載啟動(dòng)具有足夠的安全輸出轉(zhuǎn)矩和電流，一般情況下應(yīng)確保變頻器在重載啟動(dòng)過(guò)程中具備2.2倍額定輸出轉(zhuǎn)矩和電流的能力；在正常運(yùn)行過(guò)程中，可通過(guò)變頻器顯示屏設(shè)置最大輸出轉(zhuǎn)矩與輸出電流。

3高壓變頻器參數(shù)及其冷卻方式

變頻器結(jié)構(gòu)組成主要有5單元，包括整流、濾波、逆變、水冷和輸出端的低壓控制。為適應(yīng)煤礦井下生產(chǎn)復(fù)雜的工作環(huán)境，刮板輸送機(jī)變頻器的動(dòng)力電源輸入和負(fù)荷電纜的輸出都選擇快速電纜連接器，便于改變軟件參數(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器的單機(jī)或聯(lián)機(jī)拖動(dòng)。變頻器的控制方式有種，可根據(jù)工作需要選擇遠(yuǎn)方遙控和近距離控制，如選擇直接轉(zhuǎn)矩控制，還可以實(shí)現(xiàn)倍額定啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

3.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

高壓變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要包括4部分，即整流單元、主回路可恢復(fù)快速短路保護(hù)、三電平逆變單元以及輸出正弦波濾波器，結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖3。（1）整流單元，內(nèi)部安裝有脈波整流器，控制脈波參數(shù)為12，這可使變頻器的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)處于相對(duì)封閉的環(huán)境內(nèi)，不受其他諧波干擾。同時(shí)，整流電壓是兩個(gè)整流器直流電源的疊加，這種設(shè)計(jì)方式的好處在于當(dāng)機(jī)器運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，不允許變頻器合閘充電。（2）主回路短路保護(hù)，主回路保護(hù)器件選擇功率半導(dǎo)體，可在非常短暫的時(shí)間內(nèi)（約25μs）有效隔離主電源與逆變器，工作可靠性高。（3）三電平控制方式能有效避免電動(dòng)機(jī)輸出的高次諧波，其發(fā)揮作用的關(guān)鍵元件為與低通濾波器。（4）變頻器配置有低通濾波器，其能控制輸出電壓中諧波含量，增加輸出端與電機(jī)電纜允許拖拽長(zhǎng)度，最長(zhǎng)可達(dá)到3000m。

3.2變頻器參數(shù)設(shè)置

變頻器采用水冷方式，輸入?yún)?shù)如表1所示。變頻器的輸出電壓與電流分別為0~3.3kV、0~290A，輸出頻率為5Hz。變頻器的12脈沖整流電源由三繞組變壓器提供，輸出電壓V，變壓器副邊繞組相位差°。

3.3冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。內(nèi)部水冷卻媒介采用去離子水，將去離子水加入到散熱管路之中，并設(shè)置水泵為去離子水提供循環(huán)動(dòng)力。外部冷卻結(jié)構(gòu)位于變頻器殼體內(nèi)，通過(guò)循環(huán)將內(nèi)部多余的熱量帶走，從而達(dá)到降溫的目的。外部冷卻水循環(huán)結(jié)構(gòu)需要安裝手動(dòng)球閥、過(guò)濾器、電動(dòng)球閥以及其他配套設(shè)備，電動(dòng)球閥控制通過(guò)內(nèi)部來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4結(jié)語(yǔ)

3.3kV電壓等級(jí)礦用隔爆高壓變頻器在山西焦煤霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦使用后，工作面已推進(jìn)近1000m，平均日產(chǎn)煤較之前有明顯提高。同時(shí)，刮板輸送機(jī)在應(yīng)用高壓變頻技術(shù)后，機(jī)器故障率降低明顯，工作性能可靠，適合在煤礦自動(dòng)化生產(chǎn)中進(jìn)一步推廣。

【參考書(shū)目】

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