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• 關鍵詞：                                                                冶金、高爐鼓風機、匯川無擾切換系統控制第三方做無擾切換

• 摘要：本文介紹了匯川技術HD9X系列高壓變頻器無擾切換系統控制第三方變頻器在1080m3高爐鼓風軟啟應用，保證啟動沖擊電流在電機額定電流0.3-0.6倍以內，解決高爐啟動對整個電網沖擊。

一、高爐工藝簡介
    高爐因具有煉鐵技術經濟指標良好，工藝簡單，生產量大，勞動生產效率高，能耗低等優點，世界鐵總產量的80%是通過這種方法生產的。高爐為煉鐵環節中最主要的設備，橫斷面為圓形的煉鐵豎爐，生產時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位于爐子下部的風口吹入經預熱的空氣。焦炭中的碳和鼓入空氣中的氧在高溫作用下，燃燒生成的一氧化碳和氫氣，焦炭在爐內上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。鐵水從鐵口放出，生成的爐渣，從渣口排出。煤氣從爐頂排出，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等燃料。

                                   圖1：高爐工藝
    高爐鼓風機是高爐系統中最重要的動力設備，上圖為整個高爐的系統圖，從中可以看到高爐鼓風機的位置及作用，它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，而且提供克服高爐料柱阻力所需的氣體動力。現代大、中型高爐系統中所用的鼓風機，大多用汽輪機驅動的離心式鼓風機和軸流式鼓風機。這種鼓風機耗電雖多，但啟動方便，易于維修，投資較少。高爐冶煉要求鼓風機能供給一定量的空氣，以保證燃燒一定的碳；其所需風量的大小不僅與爐容成正比，而且與高爐強化程度有關、一般按單位爐容2.1～2.5m3/min的風量配備。但實際上不少的高爐考慮到生產的發展，配備的風機能力都大于這一比例。
    高爐鼓風機處于整個高爐系統的非常重要的位置，其運行可靠性關系著整個高爐生產，甚至會影響安全事故，一般情況下在高爐正常生產過程中如果高爐鼓風機意外停機將導致嚴重的安全生產事故，經濟損失少則幾十萬，多則上百萬。
    但高爐鼓風機為整個高爐系統中功率最大的負載，其耗電量巨大，而且目前很多采用水阻柜啟動加風門調節的方式啟動和調節鼓風機的出口壓力，能量浪費嚴重，變頻改造逐漸進入廠家的視野，但對變頻調速系統的可靠性提出了很高的要求。
    高爐鼓風機是整個系統最大負載，啟動前必須將其它大功率負荷進行停機保證電網容量能經受啟動沖擊電流，但是由于鋼廠高爐不斷擴容，電網預留每個鋼廠總進線負荷是有限的，所以要求高爐鼓風啟動沖擊電流必須在合理范圍。

二、項目概況
    河北邯鄲某鋼鐵企業一煉鐵廠5#高爐容量是1080m3，采用由陜鼓提供的AV63-14軸流風機對高爐供風，其中電網容量分配到5#高爐母線的電源負荷為1300A ，但是電機額定電流1072A，要求高爐鼓風機啟動時候沖擊電流必須控制在額定電流范圍以內。現場改造以前有一臺第三方大功率變頻器，考慮成本問題決定使用匯川無擾切換系統和第三方變頻器組成1080m3高爐無擾切換系統。
1080m3高爐鼓風機系統配置如下：

2.1電機參數

2.2齒輪參數

2.3風機參數

2.4變頻器參數

2.5無擾切換系統

三、系統方案
3.1系統一次圖
 

                                        圖2：系統一次圖

控制邏輯說明：
1)  首先將用戶開關柜QF合閘，將電源送到變頻器進線柜QF1和運行柜QF3上端。
2)  在第三方變頻器合閘允許后，通過風機控制系統DCS發出變頻器柜QF1進行合閘命令，變頻器準備就緒。
3)  匯川無擾切換系統檢測到變頻器輸入電壓正常再發出變頻出線柜QF2合閘指令。
4)  匯川無擾切換系統自檢完成后將準備就緒信號上傳到風機控制系統DCS，高爐鼓風機啟動過程電氣部分條件具備。
5)  風機控制系統DCS通過對機組是否準備啟動條件進行判斷，條件具備后，給出啟動變頻器命令，匯川無擾切換系統實時鎖頻鎖相，變頻器驅動M1達到工頻50Hz狀態，鎖頻鎖相成功后發出解鎖信號將QF2與QF3互鎖信號解除。
6)  通過對輸入輸出電壓頻率、相位、幅值進行實時檢測，在滿足切換條件時，依次給出QF3合閘命令，變頻停機和QF2分閘命令。電機就從變頻器驅動狀態平滑切換到工頻狀態。風機機組在軟啟過程中只要機組不具備條件，風機控制系統DCS就會發出停機命令保證系統安全。

3.2技術難點

同步切換過程中需要準確檢測電網與變頻器輸出電壓的幅值、頻率、相位等，任何一個不準確的數值均將導致切換不成功，或者切換過程沖擊電流非常大，拉垮電網；該切換過程存在的技術難點體現如下：
1)  變頻器輸出電壓的相序與電網輸入側的相序一致性判斷。這種問題導致結果將比較嚴重：①工藝不允許，比如說像空壓機或者轉爐的應用現場，絕對不允許電機反轉，易造成事故；②工藝允許的情況下，相當于一個正轉的電機突然50Hz反轉，對電機軸承的傷害比較大；匯川變頻器無載測試的過程中，即變頻器不連接電機時在觸摸屏上進行相位讀取，從而判斷相位的正確性；

2)  切換時工變頻電壓相位檢測對比。如果在沒有判斷工變頻電壓的頻率、相位、幅值的情況下，直接切換（硬切換）的話，對電網的沖擊電流會很大，甚至達到16倍沖擊電流，直接拉垮電網。匯川切換過程中實時檢測工變頻電壓的頻率、相位和幅值，三個指標均滿足切換要求才進行切換，保證無沖擊；

四、HD9X變頻改造優勢
1)  隨著生產規模擴大用電量需求增加，原來電網預留負荷不足以支撐目前的用電量。協調電網進行擴容不僅流程長投資成本也大，所以要求擴建項目大型設備啟動必須控制在額定電流范圍以內。HD9X變頻改造使啟動沖擊電流在額定電流范圍內，一般在0.3~0.6電機額定電流。

2)  對進線母線負荷要求小，啟動前不用協調其它大型設備停機從而調整進線負荷來啟動高爐鼓風機。

3)  變頻器做軟啟時可以連續多次啟動，對電機、機械、電網沖擊都很小。而水阻、固態軟啟啟動必須留有時間間隔，直接影響其它大型設備正常運行。

4)  水阻、固態軟啟啟動只有在調整合理情況下才能將啟動電流控制在3倍左右，這樣就要求上級進線變壓器容量要加大，投資成本會提高、電網收費標準也會變高。

5)  同樣功率電機如果采用水阻、固態軟啟是按照電機額定容量來配置的，那么采用變頻器做軟啟只需電機額定容量0.3倍即可，投資成本相差不多。從性能上來講，變頻無擾切換方案比水阻、固態軟啟更加有優勢。

6)  延長電機及負載的使用壽命：變頻改造真正實現了電機及負載的軟啟動，減小了沖擊，能夠有效延長其使用壽命，之前客戶每次啟動此電機都非常麻煩，需要停掉所有用電設備，而現在可以隨意進行電機的啟動，而且現場電機使用軸瓦，也有效的減小了啟動時對軸瓦的沖擊；

五、現場應用照片

                                             圖3：現場負載
 

                                            圖4：電機銘牌
 

                                          圖5：軸流風機型銘牌

六、結束語
    冶金行業歷來屬于高耗能行業，大功率電機數量巨大，常年工頻運行導致能源浪費嚴重，變頻改造不僅能夠實現顯著地節能效果，而且能夠改善運行工藝，達到多重改造效果，經濟效益及社會效益顯著，高爐鼓風機的變頻改造不僅能夠實現較高的節能效果，還能夠實現大功率電機的啟動問題，但方案的設計上一定要遵從安全可靠的原則，匯川技術HD9X系列高壓變頻器無擾切換之所以能夠成功的改造此次高爐鼓風機，也是產品高性能、高可靠性的一個證明。
    匯川技術有限公司依托多年的自動化行業的應用經驗，對冶金行業的變頻改造具有獨到的方案解決能力，HD9X系列高壓變頻器為采用矢量控制技術的高性能變頻器，產品適用于冶金、電力、化工、市政等多個應用領域。