北京仟亿达科技股份有限公司烧结厂主抽风机案例

  烧结主抽风机应用实例

  北京仟亿达科技股份有限公司为中铁装备制造材料有限公司烧结厂烧结机主抽风机的6500kW/10kV的电机控制系统进行了高压变频控制节能改造。

  烧结主抽风机高压控制系统（单系列）主要由以下几部分组成：
  1)10KV高压开关柜QF1～QF4，主要功能为：提供变频器电源及电机工频运行电源。
  2)激磁涌流电阻：减少变频器上电时对变频器的冲击。
  3)高压变频器：控制、调节风机转速。
  4)交流电抗器：抑制同步投切时电网对变频器输出端的冲击。
  5)变频器控制柜：参与单台变频器控制及投切部分功能。
  6)协调控制柜：两台主抽电机之间投切配合；高压柜与变频器间配合控制功能。

  中铁装备烧结厂主抽风机变频装置自投入运行后，运行良好，调节平稳，节能率超过20%。

 一、烧结生产的工艺流程

目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。主要包括烧结料的准备，配料与混合，烧结和产品处理等工序。

烧结厂主要有烧结主抽风机（同步机或异步机）；机尾除尘风机，整粒除尘风机，布袋除尘风机等，可以实施节能解决方案。

二、烧结主抽风机节能解决方案

烧结主抽风机是烧结生产的主要设备，担负着烧结燃烧过程中持续送风功能，并产生负压，使烧结混匀矿在台车中至上而下充分燃烧，从而形成烧结矿。由于受烧结生产中诸多因素（料层厚度、设备漏风等）的影响，在生产过程中常常需要根据烧结机的实际情况不断调整主抽风机的风量、负压等风系统参数，使之满足烧结生产。

  烧结主抽风机图
 

 传统形式的烧结主抽风系统为，主抽风机电机始终工作在工频电网下，对烧结生产中的风量、负压的调节仅通过改变风机挡板开度来实现，此种方式已沿用多年，并逐渐暴露出了其内在的不足：1、对风机挡板控制相对粗略，无法较准确地调整风机的风量等系统参数。2、风机始终工作在工频状态，无节能效果，提高了烧结矿成本。3、风机功率巨大（单台6500kW），配套软启动器无法完全解决电机启动时对电网的冲击，且连续启动次数仅局限在3次以下。

采用高压变频器之后，对于烧结风系统参数的调节，完全可以通过调整主抽电机转速来完成，并能实时修改电动机的转速，非常平滑地实现烧结生产中风、负压的调节功能。与传统的控制系统相比，其主要优势在于：1、风机挡板可开至100%，生产中仅需调节风机转速即可满足烧结生产所需系统参数，满足生产。2、由于设计风机时均考虑了功率的富裕量，故在实际生产中，风机仅工作在工频以下便能满足生产，从而节省大量电能，降低烧结矿吨耗成本。3、高压变频启动风机电机，对电网无冲击，启动曲线平滑，延长电机寿命，在启动条件允许的情况下，重复启动次数不受任何限制。除此之外，为了能够最大限度保障烧结生产的连续性，主抽风系统采用高压变频控制后，具备二拖二相互启动功能，单台变频器出现故障后，另一台变频器亦能够实现两台电动机的工频运行，满足生产。

三、KTC-1高压变频器原理及特点

北京仟亿达科技有限公司使用的高压变频器适合国内电网特性，符合国内用户使用习惯的调速系统。该系统为电压源型高压变频器，具有运行稳定、调速范围广、输出波形好、输入电流谐波低、功率因数高、效率高等特点，对电网谐波污染小，总体谐波畸变THD小于4%，直接满足IEEE519-1992的谐波抑制标准，不必采用输入谐波滤波器，功率因数高，不必采用功率因数补偿装置，输出波形好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机。

 高压变频器采用单元串联多电平PWM拓扑结构（简称CSML）。由若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出,高压主回路与控制器之间为光纤连接，安全可靠；精确的故障报警保护；具有电力电子保护和工业电气保护功能，保证变频器和电机在正常运行和故障时的安全可靠。电网电压（10kV）经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入，单相输出的交直交PWM电压源型逆变器结构，相邻功率单元的输出端串接起来，形成Y接结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电机。10kV输出电压每相有9个（n+1系统，具有旁路3个模块不降额）额定电压为700V的功率单元串联而成，输出相电压5600V，线电压达到10kV左右，每个功率单元承受全部的电机电流，但只提供1/9的相电压和1/27的输出功率。

  逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基波电压，但串联各单元的载波之间互相错开一定电角度，实现多电平PWM，输出电压非常接近正弦波。输出电压每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，所以dv/dt很小，功率单元采用较低的开关频率，以降低开关损耗，且输出电平数增加。10kV输出电压输出相电压为19电平，线电压为37电平，输出等效开关频率9KHz，电平数和等效开关频率的增加有利于改善输出波形，降低输出谐波，由谐波引起的电机发热、噪音、转矩脉动等都大大降低，可以直接用于普通异步电机，不会产生输出电缆较长时行波反射引起的浪涌电压增加而造成电机绝缘破坏问题。

采用功率单元串联，而不是功率器件串联，器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题。直接使用低压IGBT功率模块，器件工作在低压状态，不易发生故障；10kv变频器共使用54对1700V低压IGBT，低压IGBT门极驱动功率较低，驱动电路非常简单，开关频率很低，不必采取均压电路和浪涌吸收电路，系统效率高，同时功率单元采用电容滤波的结构，总体技术成熟可靠。

变频器可以承受30%的电源电压下降而继续运行，变频器的10KV主电源完全失电时，变频器可以在3秒内不停机，能够全面满足变频器动力母线切换时不停机的需要。另外10KV主电源欠压时可不停机，自动降额，电压正常后再恢复到原来速度。

采用二极管不可控整流电路结构，变频器对浪涌电压的承受能力较强，雷击或开关操作引起的浪涌电压可以经过变压器（变压器的阻抗一般为8%左右）产生浪涌电流，经过功率单元的整流二极管，给滤波电容充电，滤波电容足以吸收进入到单元内的浪涌能量，另外变压器一次侧安装了浪涌吸收装置，起到进一步保护作用。

功率单元采用模块化结构，同一变频器内所有功率单元结构上完全一致，可以互换，维修非常方便，更换功率单元只要拆除3个交流输入端子和2个交流输出端子，以及1个光纤插头，就可抽出整个单元。当某一功率模块发生故障时，用户在10分钟内，经过简单的操作就可以用备用功率模块进行更换，保证系统可靠运行，所有功率模块均有两个指示灯，一个是带电指示，另一个是运行指示，模块的运行状态一目了然。

功率单元为多极模块串联，某个模块发生故障时自动旁路运行，便于现场采取对应措施；即在每个功率单元输出端之间并联旁路电路，当功率单元故障时，封锁对应功率单元IGBT的触发信号，然后让旁路SCR导通，保证电机电流能通过，仍形成通路。为保证三相输出电压对称，在旁路故障功率单元的同时，另外两相对应的两个功率单元也同时旁路。对于10kv的变频器每相由9个功率单元串联而成，当每相1个单元被旁路后，每相剩下8个功率单元，输出最高电压仍然可以达到100%，因为此系统为8+1冗余设计。输出电流当然也能达到100%，也能达到100%，能继续维持正常生产。

输入干式变压器免维护，可靠性高。变压器的防护与变频器共同防护为IP21防护外壳，可防止直径大于12mm的固体异物及鼠、蛇、猫、雀等小动物进入，造成短路停电等恶性故障，为带电部分提供安全屏障。

高效率(>96%)，输入功率因数高(>0.95)，电流谐波少(<4%)，无须功率因数补偿/谐波抑制装置；输出阶梯正弦PWM波形，无须输出滤波装置，对电缆、电机绝缘无损害，电机谐波少，减少轴承、叶片的机械振动，输出线可以长达1000米；减少配件的损耗，延长设备使用寿命，提高劳动生产效率。

高的调速精度和精确的输出频率分辨率(0.01HZ)，输出频率0.5Hz—120Hz连续可调，完全可以满足电力机组生产工艺工况的要求；电机可实现软启动、软制动，转速自动控制；启动电流小于电机的额定电流；电机启动时间可连续可调，减少了对电网影响。

变频器直接内置有PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要；与机组的DCS系统实现真正的无缝接口。

采用外部模拟信号控制变频器输出频率时(变频器作为DCS的执行机构)，如果发生模拟信号掉线或短路时，变频器可以提供报警信号，同时保持原有输出频率不变。

变频器控制电源可接收双路交流220V输入，并配备有UPS，在控制电源任意一路交流电掉电后可以切换到备用电源。当两路都交流电都断开，UPS也可以继续维持运行接近30分钟。可以继续运行，同时提供报警。

四、应注意的问题

1)变频器运行时产生较多热量，可能导致变频器本身温度过高，从而影响生产，估在变频器运行中，要确保室内空水冷系统工作正常，水压正常。

2)调整风机转速时，应同时调整两台风机转速，以保证两台风机负荷的平衡度。

3)适当延长风机减速时间，防止风机在减速过程中造成变频器直流母线过电压。

4)进行同步投切时，尽量减小风门挡板开度，以减少投切瞬间的风机负荷，造成同步投切失败。