高压变频器在烧结厂风机节能改造中的应用

黄良升+黄玖明+李翔

【摘 要】为解决柳钢烧结厂球团矿冷却风机工频运行时浪费严重这一问题，采用高压变频器对冷却风机进行改造。论文介绍了高压变频器在500kW/6kV冷却风机节能改造中的应用，并取得了良好的运行效果和节能效果。

【Abstract】To solve the problem of serious waste of pellet cooling fan frequency operation in Liuzhou iron and steel company sintering plant， adopts high voltage frequency converter for the transformation of the cooling fan. This paper introduces the application of high voltage inverter in the energy saving transformation of the 500kW/6kV cooling fan， and obtains the good operation effect and energy saving effect.

【关键词】冷却风机；电动机；高压变频器；节能改造

【Keywords】cooling fan； motor； high voltage frequency converter； energy saving reform

【中图分类号】TF345.4 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0137-02

1 改造现场设备

柳钢烧结厂有4台球团矿冷却鼓风机，配备电机型号YKK450-6，400kW/6kV。风机变频改造前使用高压柜直接启动，电机采用工频运行，通过调节风机挡板开度满足生产风量要求，当风量需求量较小时，大量的能量都被消耗在风门挡板上了，同时鼓风机送风压力不稳，影响了球团矿的冷却效果。2015年大修技改项目中，对平时风门开度较小的1#、2#冷却鼓风机应用变频调速技术进行改造。

2 变频调速的节能原理

变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1-s）/p，（式中，n为转速、f为输入频率、s为电机转差率、p为电机磁极对数），变频器通过改变电动机工作电源频率f达到改变电机转速的目的。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。

根据流体力学相似定律：

Q1/Q2=n1/n2 输出风量Q与转速n成正比；

H1/H2=（n1/n2）2 输出压力H与转速n2正比；

P1/P2=（n1/n2）3输出轴功率P与转速n3正比。

当风机风量需要改变时，如调节风门的开度，则会使大量电能白白消耗在挡板上，如采用变频调速调节风量，可使轴功率随风量的减小大幅度下降。可见，通过变频对风机进行控制，不但节能而且大大提高了设备运行性能。

3 变频调速改造方案

3.1 高压变频器的选型

我们选用2台北京合康亿盛科技有限公司研发的HIVERT—Y系列高压变频器，该变频器已成功应用于钢铁、电力、水泥等行业，满足现场电动机软起及调速的要求。HIVERT系列高压变频器采用交-直-交直接高压方式，变频器主电路的开关元件为IGBT，采用功率单元串联，叠波升压，具有很高的可靠性。本次改造选用的2台变频器型号为HIVERT-Y06/061，具有15个功率单元，配置移相变压器副边绕组分5级，每级电压为690V，相互间移相12°，构成30脉冲整流方式，此变频器结构上分为控制柜、功率单元柜、变压器柜、旁路柜。

3.2 主回路变频改造

烧结厂球团矿1#、2#冷却鼓风机变频系统改造的主回路采用一拖一的方式，在原有的高压断路器与电动机之间串入高压变频器，同时每套变频系统都设计一套工频旁路，当变频器出现故障需要停机检修时，可以切换到工频旁路开机，以保持风机连续运行[1]，不因变频器故障而停机，提高系统的可靠性。当采用变频器方式运行，6kV高压电源经高压断路器QF送到变频旁路柜，再经旁路柜的输入刀闸QS1送到高压变频装置，经过变频调速后的输出电源经过刀闸QS22送至电动机；当变频器出现故障，采用工频旁路运行方式，6kV电源经高压断路器QF到刀闸柜，再经旁路柜刀闸QS21直接启动电动机。

3.3 风机控制系统改造

控制系统增加了变频方式和旁路方式选择切换开关，用于变频和旁路运行的切换，增加了变频方式启动、停止控制系统，而旁路方式的启动、停止采用原有的控制系统，保证风机的可靠连续运行[1]。操作方面，采用了三地控制方式，可在变频器控制屏对控制方式进行选择：

选择本地控制：通过变频器控制屏对变频器进行启停操作和频率调节。

选择上位控制：通过RS485通信接口与上位机连接，对变频器进行启停操作和频率调节。

选择远程控制：通过I/O接口板与操作室控制柜硬接线控制，对其进行启停操作和频率调节。

4 改造节能效果

1#、2#冷却鼓风机高压变频调速系统改造项目于2015年6月完成，变频器器当月投入生产，至今运行正常。变频器使用后，提高了电机的效率，功率因素在0.97以上，正常生产运行频率都在40Hz以下，风机工作平稳，电动机、风机轴磨损减少，延长了电动机、风机使用寿命。最明显的节能体现在运行电流的变化上，当采用工频运行时，风门开度为50%，电机全速运行，平均电流为25A。而采用变频运行时，风门开度为100%，通过降低电机运行频率，减小风机转速而减小风量，减小运行电流，从而达到节电效果。通过跟踪实际数据知道风机运行频率保持在32Hz左右即可满足生产需求，此时的运行电流为8A左右。表1记录了1#、2#冷却风机变频改造后运行12个月的平均数据。

根据运行电流可以计算出工频运行和变频运行电机实际消耗的平均有功功率。

工频运行实际消耗的平均有功功率P工=1.732 UI cosφη=1.732×6×25×0.87×0.9=203.4kW

0.9为系统功率因素调整系数，25为风机工频运行时的平均电流。

1#冷却风机变频运行实际消耗的平均有功率P变1=1.732 UI1cosφη=1.732×6×7.4×0.97×0.98=73.1kW

2#冷却风机变频运行实际消耗的平均有功率P变2=1.732 UI2cosφη=1.732×6×8.2×0.97×0.98=81.0kW

按全年运行350天，每天运行24小时，每度电0.5元计算，1#冷却风机全年节电费用计算如下：

（203.4kW-73.1kW）×24h×350×0.5元/kW·h=547358元。

2#冷却风机全年节电费用计算如下：

（203.4kW-81.0kW）×24h×350×0.5元/kW·h=514080元。

这样一年两台风機共节约100余万元，节电效果非常明显。

5 结语

通过一年来的实践，采用HIVERT—Y系列高压变频器调速系统对风机风量进行控制，取代传统的挡风板来控制风量，特别是低负荷时，可以取得相当显著的节能效果。该变频调速系统具有极高的调速精度，足以满足调速工艺的需要。实践证明该调速节能技术方案具有极大的优越性和推广性。

【参考文献】

【1】李俊.高压变频器在循环风机节能改造中的应用[J].水泥，2015（04）：55-56.