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1引言

河北某民營(yíng)企業(yè)是集鋼鐵冶煉、鋼材加工、鋼材貿(mào)易為一體的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，該鋼廠(chǎng)200平米燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)中燒結(jié)風(fēng)機(jī)功率較大，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)為4500kW高壓同步機(jī)，電機(jī)啟動(dòng)依靠水電阻啟動(dòng)，而風(fēng)量調(diào)節(jié)則是采用風(fēng)門(mén)擋板調(diào)節(jié)，采用風(fēng)門(mén)擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量存在著很大的局限性，主要表現(xiàn)在：

（1）風(fēng)門(mén)擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量改變了風(fēng)道的阻力特性，而電機(jī)的輸出功率并沒(méi)有改變，節(jié)流損失相當(dāng)大，電能浪費(fèi)大。

（2）風(fēng)門(mén)擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量是把風(fēng)量消耗在擋風(fēng)板上，造成擋風(fēng)板前后壓差大，風(fēng)門(mén)易磨損。

（3）風(fēng)機(jī)電機(jī)全速運(yùn)行，震動(dòng)大、噪聲大、損耗大、軸承磨損嚴(yán)重。

（4）調(diào)節(jié)精度低、線(xiàn)性度差，動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。

（5）水電阻只是在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)起作用，對(duì)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)量來(lái)說(shuō)還是依靠風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)，電機(jī)能耗依然較高，而且水電阻維護(hù)量較大。

該廠(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過(guò)多方調(diào)研、比較，決定采用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的同步機(jī)高壓變頻器JD-BP38-5000F（5000kW/10kV），對(duì)其燒結(jié)系統(tǒng)主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造。

2  設(shè)備參數(shù)

該廠(chǎng)燒結(jié)系統(tǒng)主抽風(fēng)機(jī)電機(jī)額定電壓10kV，額定功率4500kW，具體參數(shù)如表1所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)及工藝為客戶(hù)選配的高壓變頻器JD-BP38-5000F技術(shù)參數(shù)如表2所示。

3主回路改造方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載情況，配置由新風(fēng)光公司生產(chǎn)的高壓變頻器JD-BP38-5000F,主回路采用一拖一手動(dòng)旁路方案，如圖1所示。

圖1  主回路方案

變頻運(yùn)行方式：QF為用戶(hù)側(cè)高壓開(kāi)關(guān)柜，其中QS1、QS2、QS3為隔離開(kāi)關(guān), QS1、QS2與QS3之間有電氣互鎖。手動(dòng)旁路柜變頻勵(lì)磁柜與變頻器配套提供，電機(jī)及用戶(hù)側(cè)高壓斷路器QF保留甲方原有設(shè)備。

變頻運(yùn)行時(shí)，QS3斷開(kāi)，變頻勵(lì)磁系統(tǒng)可以利用新風(fēng)光同步勵(lì)磁控制系統(tǒng)，QS1與QS2閉合，將勵(lì)磁刀閘切換到變頻勵(lì)磁系統(tǒng)。變頻器上電時(shí)，斷路器QF閉合，新風(fēng)光高壓變頻器啟動(dòng)時(shí)，以電勵(lì)磁同步機(jī)矢量控制方式拖動(dòng)同步電機(jī)啟動(dòng)。

變頻停機(jī)時(shí)，從現(xiàn)場(chǎng)向變頻器下達(dá)“停機(jī)”命令，變頻器驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)減速至完全停機(jī)，然后停止輸出電壓電流。最后在現(xiàn)場(chǎng)分?jǐn)鄶嗦菲鱍F，由其輔助觸點(diǎn)通知?jiǎng)?lì)磁裝置滅磁，滅磁完成后關(guān)閉勵(lì)磁裝置電源。遇到故障時(shí)，變頻器在停止電壓電流輸出的同時(shí)，立即分?jǐn)嗌霞?jí)斷路器QF，由變頻器主控通知?jiǎng)?lì)磁裝置滅磁，然后投到工頻運(yùn)行。

工頻運(yùn)行時(shí)，QS1、QS2斷開(kāi)，將勵(lì)磁刀閘切換到工頻勵(lì)磁系統(tǒng)；QS3閉合，水阻軟起裝置投入工頻回路，同步電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)過(guò)程按照原有邏輯進(jìn)行。

4變頻器與勵(lì)磁柜的連線(xiàn)與對(duì)調(diào)                                             

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)與勵(lì)磁柜連接關(guān)系如圖2所示。

 圖2 變頻器與勵(lì)磁柜連線(xiàn)

變頻器系統(tǒng)輸出給勵(lì)磁柜信號(hào)：

（1）勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)給定（4-20mA模擬量信號(hào)）：變頻器給定到勵(lì)磁柜，通過(guò)4-20mA電流控制勵(lì)磁柜輸出勵(lì)磁電流的大小。（注：有的勵(lì)磁柜通過(guò)接收增、減勵(lì)磁常開(kāi)觸點(diǎn)信號(hào)來(lái)控制勵(lì)磁電流大小，通常是4-20mA模擬量）

（2）變頻器啟動(dòng)信號(hào)（常開(kāi)觸點(diǎn)）：變頻器給到勵(lì)磁柜啟動(dòng)信號(hào)，勵(lì)磁柜開(kāi)始投勵(lì)磁。

（3）變頻器故障信號(hào)（常開(kāi)觸點(diǎn)）：變頻器在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)，將故障信號(hào)給定到勵(lì)磁柜，勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行停機(jī)滅磁。

（4）工頻運(yùn)行信號(hào)（常開(kāi)觸點(diǎn)）：變頻器給到勵(lì)磁柜工頻運(yùn)行信號(hào)指示。工頻運(yùn)行信號(hào)有效時(shí)，勵(lì)磁柜按照工頻運(yùn)行的邏輯執(zhí)行；工頻運(yùn)行信號(hào)無(wú)效時(shí)，即處于變頻運(yùn)行狀態(tài)，勵(lì)磁柜執(zhí)行變頻運(yùn)行邏輯。

勵(lì)磁柜輸出給變頻器系統(tǒng)信號(hào)：

（5）實(shí)測(cè)勵(lì)磁電流（4-20mA模擬量信號(hào)）：勵(lì)磁柜向變頻器傳輸實(shí)際輸出的勵(lì)磁電流。

（6）勵(lì)磁就緒信號(hào)（常開(kāi)觸點(diǎn)）：勵(lì)磁柜自檢無(wú)故障，具備投勵(lì)要求，此時(shí)勵(lì)磁柜向變頻器輸出勵(lì)磁就緒信號(hào)。

（7）勵(lì)磁故障信號(hào)（常開(kāi)觸點(diǎn)）：勵(lì)磁柜本身出現(xiàn)故障，勵(lì)磁柜將該信號(hào)傳給變頻器。

（8）勵(lì)磁啟動(dòng)信號(hào)（常開(kāi)觸點(diǎn)）：變頻器給到勵(lì)磁柜開(kāi)機(jī)信號(hào)，勵(lì)磁柜執(zhí)行命令開(kāi)機(jī)運(yùn)行后，反饋給變頻器勵(lì)磁啟動(dòng)信號(hào)。

根據(jù)以上對(duì)信號(hào)的說(shuō)明，測(cè)試常開(kāi)點(diǎn)和常閉點(diǎn)的狀態(tài)。

測(cè)試模擬量信號(hào)時(shí)，需將勵(lì)磁柜上主電，輸出連接到同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，勵(lì)磁柜的主電輸入需要?jiǎng)?lì)磁柜廠(chǎng)家連接，有的廠(chǎng)家勵(lì)磁柜輸入需要核實(shí)相序。變頻器處于調(diào)試模式，不上主電。變頻器開(kāi)機(jī)，在觸摸屏運(yùn)行界面設(shè)定勵(lì)磁電流給定，觀(guān)察給定勵(lì)磁和勵(lì)磁電流的大小是否保持一致。和勵(lì)磁柜廠(chǎng)家進(jìn)行溝通，讓勵(lì)磁柜廠(chǎng)家調(diào)整輸出線(xiàn)性度，讓給定勵(lì)磁和勵(lì)磁電流的大小保持基本一致，有的廠(chǎng)家的勵(lì)磁柜線(xiàn)性度不好，無(wú)法全程調(diào)試好，最后需保證在工作范圍內(nèi)保證一定的線(xiàn)性度，一般為70%-100%勵(lì)磁給定范圍內(nèi)基本一致。一般要求15%以?xún)?nèi)。

勵(lì)磁調(diào)整完畢之后，將變頻器上主電，進(jìn)行空轉(zhuǎn)電機(jī)調(diào)試，VF勵(lì)磁控制模式，把電壓曲線(xiàn)采用多點(diǎn)V/F的方式，VF數(shù)值先按照一般經(jīng)驗(yàn)設(shè)置，開(kāi)機(jī)運(yùn)行觀(guān)察啟動(dòng)電流的變化情況，是否電流存在較大的波動(dòng)。

將界面打開(kāi)到如圖3所示，觀(guān)察D軸電流輸出，數(shù)值應(yīng)該為負(fù)數(shù)，調(diào)整勵(lì)磁電流大小，觀(guān)察D軸電流輸出變化，找到D軸電流輸出為負(fù)的最小勵(lì)磁電流，同步電機(jī)參數(shù)中最小勵(lì)磁不應(yīng)小于這個(gè)數(shù)值。

圖3

變頻器帶載運(yùn)行調(diào)試，VF勵(lì)磁控制模式，設(shè)為2，恒功率因數(shù)調(diào)整運(yùn)行。開(kāi)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，觀(guān)察變頻器的輸出電流變化和勵(lì)磁電流的變化。計(jì)算變頻器穩(wěn)定運(yùn)行后的功率因數(shù)是否在設(shè)定功率因?yàn)榈恼?fù)5%以?xún)?nèi)，比如設(shè)定為0.9范圍。應(yīng)該為0.85-0.95之間。如果不再這個(gè)范圍，有可能是勵(lì)磁電流的范圍小，將勵(lì)磁電流的最大勵(lì)磁電流和最小勵(lì)磁電流數(shù)值進(jìn)行適當(dāng)修正。

5高壓變頻器節(jié)能情況

     首先根據(jù)負(fù)載的特性，采用勵(lì)磁電流與輸出電壓同步調(diào)節(jié)的方式，選擇了適合本電機(jī)運(yùn)行的較優(yōu)勵(lì)磁電流、電壓變化曲線(xiàn)，并把該較優(yōu)的勵(lì)磁電流曲線(xiàn)直接固化到同步機(jī)的勵(lì)磁柜上，把電壓曲線(xiàn)采用多點(diǎn)V/F的方式，固化到變頻器的參數(shù)中；然后又采用新風(fēng)光高壓變頻器抑制震蕩技術(shù)，有效的解決了負(fù)載啟動(dòng)不平穩(wěn)，容易抖動(dòng)，造成電流震蕩的問(wèn)題，出色的完成了高壓同步電機(jī)的啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行，該高壓變頻器于2016年1月13日投入生產(chǎn)連續(xù)無(wú)故障穩(wěn)定運(yùn)行。

根據(jù)上表數(shù)據(jù)計(jì)算得知，4500kW燒結(jié)風(fēng)機(jī)節(jié)電率達(dá)到27.1%。該套設(shè)備平均每年運(yùn)行300天以上，每天以24小時(shí)計(jì)算，電費(fèi)以0.42元/度計(jì)算，年節(jié)約費(fèi)用高達(dá)：300*24*（4459.1-3250.6）*0.42=365.4萬(wàn)元。

6 結(jié)束語(yǔ)

     新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器在大功率同步電機(jī)上的成功投運(yùn)至今已經(jīng)一年多，標(biāo)志著新風(fēng)光已完全掌握了大功率高壓同步電機(jī)的高壓變頻拖動(dòng)過(guò)程的啟停、低頻運(yùn)行振蕩等難題，具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)平穩(wěn)，調(diào)速精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，四象限運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，該產(chǎn)品大大降低了高壓同步電機(jī)變頻改造的成本，為大量高壓同步電機(jī)負(fù)載節(jié)能提供了新的改造途徑。