中压变频器在炼钢节能中的应用

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作者：王铁钢 秦旭 刘伟 李志宏


中压变频器的应用往往处在工艺中非常重要的位置，因此如何让其安全高效地运行成为钢铁企业关注的焦点。

鞍山钢铁集团公司是中国特大型国有企业。目前能够生产 700 多个品种、 25000 多个规格的钢材产品，并通过了ISO9002 质量体系认证，船用钢通过 9 国船级社认证，石油管通过 API 认证。2006 年鞍钢将形成以汽车板、家电板、集装箱板、管线钢、冷轧硅钢等为主导产品的 1600 万t钢精品板材基地。

项目应用背景

鞍钢二炼钢2＃转炉一次除尘风机原来采用液力耦合器调速，运行中发现存在如下问题：

● 采用液力耦合器时，在低速向高速运行过程中，延迟性较明显，不能快速响应，同时这时候的电流较大，如整定不好会引起跳闸，影响系统稳定性。
● 液力耦合器本身控制精度差，调速范围窄，通常在40%～90%之间。
● 电机直接起动时，冲击电流较大，影响电网的稳定性。
● 在高速运行时，液力耦合器有丢转现象。
● 液力耦合在调速运行时产生机械损耗和转差损耗，效率较低，造成电能浪费。
● 液力耦合器工作时通过一导管调整工作腔的充液量，从而改变传递扭矩和输出转速来满足工况要求；因此，对工作腔及供油系统需经常维护及检修。液力耦合器经过一段时间使用，维护比较麻烦。
● 液力耦合器出现故障时，无法再用其他方式使其拖动的风机继续运行，必须停机检修。
● 耦合器运行时间稍长，就会严重漏油，对环境污染大，地面也被油严重污蚀。
● 风机和电机的运行噪声大，达到90dB左右，严重影响操作人员的身体健康。

由于液力耦合器自身的技术特点，不能很好地满足生产与节能的要求，公司于2003年底进行了变频改造，系统参数如下：

电动机：Pe=2000kW，Ue= 10000V，Ie=135A，Cos?0.86，n=1486r/min，电机效率Km=0.96；变频器：罗克韦尔自动化PowerFlex7000 18脉冲中压变频器，效率Kv=0.97，Ue= 6000V；液力耦合器：额定功率2000kW；额定输入转速：1500r/min；调速范围：（0.20～0.97）输入转速。方案中保留了电动机的直接起动回路，变频器（6kV）与直接起动(10kV)的转换由电动机的星角转换装置实现。

改造后节能效果

吹炼时，改造前电动机实测平均负荷电流为115A，电机消耗平均功率为1712kW；改造后电动机实测平均电流为100A，电机消耗平均功率为1489kW，减少了223kW。

非吹炼时，在其余生产阶段，风机运行速度为380r/min，改造前电机运行电流为40A，功率为595kW；改造后电流为10A，功率为148.9 kW。

改造后节约电能和电费

生产一炉钢吹炼期间节约电能74.3kW·h，非吹炼期间节约电能148.7 kW·h，节省的电能为223 kW·h。每天生产30炉，每天节约电能为6690 kW·h。每天炼钢的等待时间节省电能1784.4 kW·h。变频改造后一台风机一天节省的电能为8474 kW·h。变频改造后一台风机一年节省的电能为279.6万度，按每度电0.39元计，共节省109万元。

成功经验

由于本项目为改造项目，在进行土建设计过程中，发现变频器的使用空间非常有限。为此，我厂决定将变频器的裂相变压器部分放置在另外的独立间隔，这样不仅节约了设备的占地面积，还大大降低了变频器室的空调压力。由于变压器与变频器之间的动力电缆只有9根，接线就变得简单方便。

在市场调研过程中我们还发现，由于国内外工况的差别，在中压设备的使用中，应格外重视我国国标及相关行业标准的规定，注意与进口设备所采用标准的区别。例如，国内关于变频器的中压隔离变压器有很多指标：冲击耐压、绝缘净距等均要高于NEMA或IEC的要求。为了能够使得中压产品更好地服务于本地的用户，应尽量选择符合国标规定的产品。而且作为国内已经非常成熟的隔离变压器，完全可以考虑国产品牌。不仅能够保证质量，而且可以降低采购成本。

目前的中压变频器市场非常活跃，各国内外品牌竞争十分激烈。作为一种较新的技术，国内很多用户在选择时可能会无从下手。在此，我们根据市场调研及实际使用后的情况，提出自己的一些体会。

● 中压变频器的应用往往处在工艺中非常重要的位置，所以其可靠性应是作为选择设备的首要因素。中压变频器的核心元件为逆变器的功率元器件。目前有些形式的中压功率元器件，如SGCT的平均无故障时间（F.I.T）已经高达100000h。同时，还应考虑元器件的故障模式，尽量选择具备不爆裂、无拉电弧模式的功率元件。

● 所选择设备的结构应力求简单明了，多一个环节，就多一个潜在的故障点。不但设备的可靠性降低，而且维护复杂。

● 设备内部不应含有电解电容这类需要定期更换的部分。尤其在变频器内部，大量谐波发热使得电解电容的寿命大大降低。

● 设备操作界面应友好，有些设备机柜上只保留有一个简单的英文显示条框，这给现场的操作人员带来很多不必要的麻烦。考虑到现场操作人员的实际业务水平，应尽量考虑中文操作界面。

● 考察供应商的实力，尤其是售后服务情况。在有些情况下，设备的故障排除还需要厂家完成，因此在设备订货前，应了解供应商的综合实力，如国内办事处的位置、数量、服务人员素质、是否具有国内备件库等。对于只是由国内代理机构提供的产品，应该多加注意和了解。

● 多了解其他同类用户的使用情况。很多刚刚进入市场的厂家很难在产品质量，尤其是售后服务等方面做到令人满意。

● 设备的采购成本与运行成本应综合考虑，不应片面强调降低设备的采购成本。中压变频器的技术含量较高，其中的差别也很大，应注意其技术指标的差异。如果设备投运后频繁故障，不但得不到预期的收益，反而会增加生产成本。

本次转炉风机变频改造节能效果与项目实施前测算结果基本吻合，（低速段速度低于测算值）改造非常成功。设备投运至今十分稳定，基本无需任何的日常维护工作。

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很好，   谢谢你的文章

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