变频技术在烧结风机上的应用

　　变频技术在烧结风机上的应用何方威\何旭涛2（1.鞍钢集团矿业公司，辽宁鞍山114001；2.朝阳师范高等专科学校，辽宁朝阳122000）：介绍烧结风机改造前的控制方式、节能改造方案、高压变频系统的功能配置及节能效果分析：变频技术（风机（节能改造电耗是烧结工序中第二大能耗，约占总能耗的13~20，风机耗能约占烧结总电耗的50~70.其中，主抽风机容量占烧结厂总容量的30~50.因此，对主抽风机进行节能改造很有必要。

　　鞍钢360m2烧结机配置了主抽风机两台，并联运行，驱动电机为10kV高压同步机（TD5600-6/1730），额定功率5600kW.总装机容量达11200kW.改造前，该系统采用调节风门挡板开度控制烧结风速。由于风门挡板上存在较大风阻是一种耗能调节方式。

　　一、节能方案通过变频调节风机电机转速来调节风量，可取障隐患，为查其根源，同时作了频谱分析，测点③轴向振动加速度频谱图和垂直方向振动加速度频谱图见、从频谱图可以看出，在低频区出现了轴承的损坏频率748Hz近似为轴承滚动体通过频率的10倍（滚动体通过频率/b=73.8Hz），250Hz近似为轴承内圈通过频率（//=243Hz）。同时发现高振幅之间的频率间隔都为250Hz，而这个频率近似为轴承内圈的通过频率。振动频率信息属于典型的滚动轴承零件发生点蚀的振动特征，因此初步判断轴承内圈及滚动体可能存在点蚀等缺陷。

　　利用早班停机时间，打开侧盖检查，看到箱体底部存在铁末。继续查找铁末来源，确定齿轮和两个轴承中能看见的那个轴承基本正常，初步判定看不见的那个滚动轴承可能出现故障。利用趋势图严密注视故障劣化趋势的发展和变化。

　　在每日的监测中发现，从故障发生开始，虽然振动一直很大（在90m/s2左右），但劣化趋势曲线基本上变化不大，可继续运行。该滚动轴承一直持续运行到2006年6月16日大修。

　　大修时拆机，发现被怀疑有问题的那个滚动轴承的滚动体多数存在着严重点蚀，滚动轴承内圈内滚道已经出现深沟，与当初的诊断基本一致。更换了轴承后，设备恢复正常运行状态。

　　表1变频系统配置清单表名称规格型号数量备注整流变压器柜额定容量：7 000kV-A额定输入电压！

　　10kV额定输出电压：6x1载）绝缘等级：H级2高压同步机变频调速柜变频器ACS5000额定容量：6800kW额定输出电压：6kV额定输出电流：670A2新增隔离切换柜包括10kV高压隔离开关、二次控制回路、连锁机构、绝缘子等2新增PLC控制箱非标定制2新增高压变频系统的功能配置节能减排代风门挡板调节方式，以降低风机电能消耗。由于风机功率与转速的三次方成正比，所以采用变频调速的节能潜力巨大。故在烧结机的两台主抽风机电机上配置两台10kV高压变频器。

　　改造应考虑充分利用原系统的设备资源，因此，主回路的电网电压仍为10kV/50Hz，系统由高压进线柜、高压变频柜、隔离切换柜和高压电机组成，其工作原理如所示。

　　关。

　　变频系统配电原理图系统增加一台高压变频器，其输入侧配置有一台多绕组干式隔离变压器，可直接挂接在10kV电网上。变频器的输出电压为0~6kV/0~50Hz；高压隔离切换柜具有工频旁路、工变频切换、星角切换等多种功能。选用高压隔离开关作为隔离切换柜的开关，手动操作，相应开关之间采用机械连锁，开关切换有明显断开点，安全可靠。每套隔离切换柜中含一台单投隔离开关，两台双投隔离开关和相应的连锁回路，确保系统切换的安全和可靠。

　　高压同步电动机的励磁系统仍采用原有励磁系统。工频运行时，原有励磁控制方式不变；变频运行时，励磁系统按照变频器给出的励磁指令工作，调节励磁电流即防止同步机失步，用控制系统的功率因数，达到大限度节能的目的。

　　系统配置一个PLC控制箱，用于高压变频调速柜、高压隔离切换柜、现场操作箱和上级DCS系统技术交流的协调逻辑控制。同时传送电机电流、转速、运行状态等信号。

　　主回路断路器功能满足隔离变压器原边额定参数的要求"配备电流互感器和保护断电器以保护变压器及其一次侧电缆"能够进行一次侧短路故障保护，同时能承受变压器的冲击电流"二次侧以及变频器整流桥的短路故障保护、过载保护等。因此，主回路断路器由ACS5000变频器直接控制。

　　电。②提供整流桥控制相位移信号。③使注入电网的部分电网谐波达到IEEE519-1992和GB/T14549- 93标准。

　　本是正弦波，谐波含量极低，无需考虑谐波造成的电动机发热降容、电压反射、共模电压和容性耦合高频轴承电流问题。因此，现有电机可作为本改造项目的佳选择。

　　ACS5000变频器是标准高压交流传动系列产品，拓扑结构为电压型三电平ICT逆变器的组合，适用于平方转矩负载和恒转矩负载。ACS5000采用新一代功率半导体元器件集成门极换流型晶闸管（IGC1）；采用直接转矩控制（DTQ技术以及丰富节能减排技术交流的接口，可以集成到大型过程控制系统中去。ACS5000高压变频器特点（！）可直接输出6kV，6.6kV和6.9kV二个电压等级。（2）功率范围2~24MV-A（2000~24OOOk0）。（3）可驱动标准异步电机、同步电机和永磁电机。（4）可用于驱动平方转矩负载或者恒转矩负载，如鼓风机、传送带、挤压机、风机和水泵等。（5）根据不同的功率范围，冷却型式有两种，2~7MV.A可为空冷，全系列可为水冷。（6）采用技术的I4CT功率半导体器件，构成直流保护电路，实现无熔丝保护，25内断开主回路，可靠性高。（7）采用DTC直接转矩控制技术，转矩响应快，实现零速满转矩输出、重载启动等优越的控制性能。（8）输入侧36脉冲整流，输出侧9电平逆变，输入输出电压电流波形完全正弦化，不必担心普通变频器输出波形不好损伤电动机类似的问题，不需配置输出侧滤波器。（9）丰富的通信可选件，可实现MODBUS、PROFIBUS、以太网等多种通信连接。

　　（10）内置UPS控制电源，在外部控制电源瞬时掉电时，确保变频系统不跳闸停机。

　　对于实际的风机负载，在采用不同的风量调节方式时，其功率曲线也会有所不同。风机功率特性（P―如所示。

　　风机采用出口风门调节风量时，其功率消耗与风量即风门开度的变化关系为：风机采用变频调速调节风量时，其功率消耗与风量即风机转速的变化关系为P=<实际风量；Pe额定功率；e额定风量。

　　可见，在相同的风量下，变频调速比阀门调节更节能。如果负载所需风量由100降为80，则采用变频调速时，风机要比阀门调节多节能36.8.如果负载所需风量下降到70以下，则节电率将高达50！60.考虑风机效率和其他损耗，按保守节电率30估算，烧结工序主抽风机和冷却风机节电情况如下：风机总额定容量11 200kW，每小时节约用电量3360kW-h，每年节约用电量2变频控制系统具有多重保护措施，降低了事故发生的频率，减少了由此带来的经济损失。

　　变频改造后，系统实现了软启动及连续微量调节出口压力、风量，可大大延长管网及附属设施的使用寿命，降低了设备的检修量，延长了电机的使用寿命。同时避免了电机启动时对电网及管网的冲击。电机的启停将不再受到次数的限制，即使烧结机停机检修时，也可将风机调至极低速运行或完全停机，消除风机空转损耗。

　　该项目实施3年以来，设备运行正常，未出现大的设备问题，经济效益明显。

　　欢迎投稿为使读者更好地熟悉设备管理条例（征求意见稿），同时让我们了解不同所有制企业对设备管理条起开办‘’设备管理条例（征求意见稿）讨论专栏“。

　　希望广大读者结合本企业设备管理工作的实际，提出意见，积极参加讨论。

　　由图可见，风机负载在采用阀门调节风量时，电机的功率几乎与风量即阀门开度成线性关系变化的，随着阀门开度的减小，电机功率线性降低，且入口风门调节方式比出口风门调节方式的功率消耗更低。但是当采用变频调速技术改变风机转速来调节风量时，电机功率却随着风量即转速的下降而成二次方关系下降，电能消耗显著降低。经验公式如下。