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   一．引言

   福建省三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司前身為福建省三明鋼鐵廠，建于1958年。2000年4月，經(jīng)福建省人民政府批準(zhǔn)改制設(shè)立福建省三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司。歷經(jīng)50多年的發(fā)展，三鋼集團(tuán)已形成年產(chǎn)鋼500萬(wàn)噸以上規(guī)模和以鋼鐵業(yè)為主、集多元產(chǎn)業(yè)并舉的跨行業(yè)、跨地區(qū)、跨所有制的大型企業(yè)集團(tuán)，是福建省最大的鋼鐵生產(chǎn)基地和化肥生產(chǎn)基地。

   二．設(shè)備工藝及變頻調(diào)速系統(tǒng)

   高壓除磷泵站是為粗除磷供給高壓水，其作用是用高壓水除去板坯表面的氧化鐵皮，提髙成品板帶的表面質(zhì)量。采用調(diào)節(jié)閥門的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)供水量，過(guò)去根據(jù)供水的高低峰進(jìn)行人為調(diào)節(jié)，并且調(diào)節(jié)精度不夠，造成水資源和電能的浪費(fèi)。因此，改進(jìn)水泵的調(diào)節(jié)方式是降低水泵耗電量的最有效途徑。采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)恒壓供水，節(jié)能效果顯著。
  
                     
                                                圖 除磷泵現(xiàn)場(chǎng)工藝

  現(xiàn)場(chǎng)高壓除磷泵站共2臺(tái)泵，一用一備。電機(jī)額定電壓：10KV； 額定電流：185A；額定轉(zhuǎn)速：2982r/min；功率因數(shù)：0.9；額定功率：3000KW。采用Harvest-VA10/180型號(hào)變頻器。

   1.改造前系統(tǒng)存在的問(wèn)題：

   1.1 該機(jī)組屬于小流量，大壓力工作機(jī)組，電機(jī)工頻運(yùn)行，不噴水時(shí)壓力過(guò)高，造成能源浪費(fèi)。

   1.2由于流量和壓力的不能調(diào)節(jié)，使水泵不能運(yùn)行在最佳工況點(diǎn)，管網(wǎng)阻力曲線發(fā)生變化，泵的揚(yáng)程損失較大，電機(jī)的能耗浪費(fèi)較大，設(shè)備運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。

   1.3電機(jī)在工頻電網(wǎng)下依托電網(wǎng)容量軟啟動(dòng)。 大容量的高壓電機(jī)軟啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊電流與沖擊轉(zhuǎn)矩，巨大的沖擊電流能夠造成定子繞組絕緣的機(jī)械損傷和磨損，從而導(dǎo)致定子絕緣繞組擊穿。直接啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流還會(huì)引起鐵芯振動(dòng)，引起電機(jī)發(fā)熱，電機(jī)的損耗增加。

   1.4 原高壓電機(jī)以工頻電源驅(qū)動(dòng)時(shí)，電機(jī)定速運(yùn)行，不僅浪費(fèi)能源，而且會(huì)產(chǎn)生“憋泵”現(xiàn)象，對(duì)管網(wǎng)造成巨大的危害，無(wú)形中增加了維修維護(hù)的費(fèi)用。.

   2、高壓變頻在此系統(tǒng)上的應(yīng)用

   除磷泵采用Harvest-VA系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，其基本原理：采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬于高-高電壓源型變頻器。 變頻器主要由移相變壓器、功率單元和控制器組成：

   移相變壓器：電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)干式移相變壓器降壓后給變頻器功率單元供電，變壓器采用移相多重化設(shè)計(jì)，以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的。

   功率柜： 功率柜為三組輸入、單組輸出的交一直一交電壓源型逆變器結(jié)構(gòu)，功率單元通過(guò)整流、逆變過(guò)程實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電電源的頻率調(diào)節(jié)。變頻器采用8個(gè)獨(dú)立功率單元串聯(lián)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓輸出。有利于改善輸出波形，由諧波引起的電機(jī)發(fā)熱，噪音和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)都大大降低，所以這種變頻器對(duì)電機(jī)沒(méi)有特殊要求，可直接用于普通異步電機(jī)，不需要輔出濾波器。

   控制器：控制器是變頻器的控制中心，它完成變頻器頻率調(diào)節(jié)的全過(guò)程控制、變頻器電氣保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)、以及變頻器的人機(jī)交互與通訊接口功能實(shí)現(xiàn)。

                 
                              圖 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)外形圖
  
            
    
                                圖 變頻器的功率單元示意圖

   三．除磷系統(tǒng)改造的實(shí)施

   1．技術(shù)原理

   除磷系統(tǒng)使用的是高壓離心泵，空轉(zhuǎn)時(shí)電能消耗較大，一般除磷工作時(shí)間只占40~50%，因此如果讓高壓離心泵在整個(gè)生產(chǎn)周期中都工作，其大部分時(shí)間都會(huì)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，有較多的的電能被浪費(fèi)掉。采用髙壓變頻調(diào)速控制除磷水泵轉(zhuǎn)速，即根據(jù)除磷系統(tǒng)蓄能器液位(或壓力)調(diào)節(jié)高壓離心泵的轉(zhuǎn)速，當(dāng)蓄能器液位達(dá)到上工作液位或壓力達(dá)到上限時(shí)，離心泵降速運(yùn)行；當(dāng)蓄能器液位達(dá)到下工作液位壓力達(dá)到下限時(shí)，離心泵升速運(yùn)行， 達(dá)到穩(wěn)定控制輸出壓力，保證輸出流量，并達(dá)到節(jié)能的效果，這是帶鋼高壓除磷系統(tǒng)最佳的節(jié)能控制模式。

   2．性能指標(biāo)

   2.1以多點(diǎn)不間斷連續(xù)測(cè)控實(shí)時(shí)參數(shù)為依據(jù)的恒壓閉環(huán)運(yùn)行控制方式，實(shí)際壓力信號(hào)來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，變頻器通過(guò)調(diào)節(jié)速度，使實(shí)際壓力逼近壓力設(shè)置值，以保證系統(tǒng)的壓力恒定。

   2.2 避免高壓水除磷系統(tǒng)突然泄壓和突然增壓。

   2.3 變頻器上下限頻率的設(shè)定，一定要確保的出水輸出壓力能達(dá)到工藝要求的除磷壓力。

   四．冷卻系統(tǒng)

   高壓變頻器對(duì)運(yùn)行環(huán)境溫度通常要求在0～40℃，環(huán)境粉塵含量低于950ppm。過(guò)高的溫度會(huì)造成變頻器溫度過(guò)熱保護(hù)而跳閘，粉塵含量過(guò)高導(dǎo)致變頻器通風(fēng)濾網(wǎng)更換清洗維護(hù)量過(guò)高，增加維護(hù)費(fèi)用。三鋼中板廠采用BLH-CK系列空－水冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)從根本上解決了單位散熱密度高、功率大，有效提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運(yùn)營(yíng)成本的問(wèn)題。
其主要原理是：將變頻器的熱風(fēng)通過(guò)風(fēng)道直接通過(guò)空冷裝置進(jìn)行熱交換，由冷卻水直接將變頻器散失的熱量帶走；經(jīng)過(guò)降溫的冷風(fēng)排回至室內(nèi)。空冷裝置內(nèi)通過(guò)冷水溫度低于33 ℃，即可以保證熱風(fēng)經(jīng)過(guò)散熱片后，將變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度控制在40℃以下滿足變頻器對(duì)環(huán)境運(yùn)行的要求。從而，保證了變頻器室內(nèi)良好的運(yùn)行環(huán)境。冷卻水與循環(huán)風(fēng)完全分離，水管線在變頻室外與高壓設(shè)備明確分離，確保高壓設(shè)備室不會(huì)受到漏水、絕緣破壞等安全威脅和事故。
同時(shí)，由于房間密閉，變頻器利用室內(nèi)的循環(huán)風(fēng)進(jìn)行設(shè)備冷卻，具有粉塵度低，維護(hù)量小的特點(diǎn)；減少了環(huán)境對(duì)變頻器功率柜、控制柜運(yùn)行穩(wěn)定性的不利影響。
  
                 
                                                   

                                    圖 空-水冷卻系統(tǒng)室內(nèi)引出風(fēng)道
  
                       
                                   圖 空-水冷卻系統(tǒng)室外冷卻器裝置

   五．節(jié)能效果

   采用高壓變頻調(diào)速后取消了閥門調(diào)節(jié)，閥門全開(kāi)，電機(jī)負(fù)荷隨水泵負(fù)荷上下波動(dòng)，節(jié)能一般在20%以上。由流體力學(xué)三定律可知，流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速立方成正比，從理論上得出轉(zhuǎn)速降10 %的時(shí)候，會(huì)帶來(lái)30 %的功率下降，由于功率的大幅度下降，可獲得顯著的節(jié)電效果。

   由于除磷泵的特殊性，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行頻率低檔為22HZ，高檔為46HZ，設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)間較短，采集不到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，理論上分析其節(jié)能效果最少能在25%。

   五．總結(jié)

   對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造后會(huì)產(chǎn)生的一些其它影響總結(jié)如下幾個(gè)方面：

   （1）變頻改造后，實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小于額定電流值，啟動(dòng)更平滑。

   （2）系統(tǒng)效率得到提高，消除了閥門損失，取得節(jié)能效果。

   （3）由于除磷泵采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后，工作特性改變，設(shè)備工況得到改善，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

   （4）除磷泵改變頻后，由于變頻器采用單元串聯(lián)移相技術(shù)，因此在理論上可以消除41次以下諧波。由于實(shí)際制造工藝的限制，網(wǎng)側(cè)電壓諧波總含量可以控制在2％以內(nèi)，電流諧波總含量小于4％。

   （5）現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行頻率低檔為22HZ，高檔為46HZ，從低檔到高檔加速時(shí)間為8秒，完全滿足工藝要求。

   （6）該變頻器為電壓源型結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)可高達(dá)0.95。

    三鋼中板廠高壓除磷系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為以后更大功率電機(jī)的應(yīng)用提供了良好的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也證明了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在矢量控制等方面的技術(shù)成熟，滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝的特殊要求。