CIMR-HVSDC6900高压变频器在干熄焦循环风机上的应用

0 引言

杭州钢铁集团公司于2005 年1 月开始进行干熄焦项目的建设，在气体循环系统风机设备的设计选型中，采用了日本安川电机生产的CIMR-HVS-DC6900高压变频器对循环风机进行变频调速控制。自2006年4月投产运行至今，运行情况良好。下面就该变频装置的设计选型、性能特点及运行状况作一介绍。

1 干熄焦循环风机的工艺要求

干熄焦循环风机是干熄焦气体循环系统中的核心设备，循环风机为气体循环提供动力并根据工况调节循环风量，控制排焦温度及锅炉入口温度。在干熄焦气体循环系统的设计中，循环风机的控制方式一般有两种：循环风机不调速，采用翻板阀门来调节风量;循环风机采用液耦或变频调速来调节风量。一般国内所上的干熄焦项目均采用变频调速方式。循环风机采用变频调速可以更精确地调节循环气体的流量，有利于干熄焦锅炉的稳定运行。

1.1 杭钢干熄焦循环风机系统的工艺技术参数

1.1.1 循环风机

型号N O.13DMPC(BD)

形式双吸式离心风机

循环风量120 000 m3/h

压力10 kPa(入口侧约-3.8 kPa，

出口侧约6.2 kPa)

转速360~1 480 r/min

1.1.2 高压电机

型号HEK-BIO

额定功率780 kW

额定电压6 kV

额定电流85.9 A

额定转速1 500 r/min

额定频率50.8 Hz

效率95%

1.2 杭钢干熄焦循环风机系统的工艺控制要求

循环风机的风量要求随着干熄焦系统排焦量的变化而变化，主要目的是稳定系统的排焦温度及锅炉入口温度，风量的调节通过循环风机变频调速来实现。

1)变频器要求有远程及本地两种控制方式当选择开关打到远程位置时，控制权交给干熄焦中控室EI 系统的后台上位工控机，当选择开关打到本地位置时，控制权交给变频器。

2)变频器与干熄焦PLC 控制系统的接口干熄焦PLC 为Quantun 140 系列，通讯时以干熄焦PLC作为主站，变频器内置控制器的PLC 为从站，实现数据通讯。信息包括故障报警(综合)、变频运行频率、电流、转速、速度给定、工艺联锁等信号。

3)变频器与循环风机现场接口变频器与电机就地操作箱及高压开关柜的控制以硬线连接方式实现。

4)人机界面设定频率正常工作时，循环风机的入口挡板全开，在干熄焦中控室EI系统的上位工控机画面上给定频率，控制风机的转速，调节风量。

2 CIMR-HVSDC6900 高压变频器调速系统的性能特点

根据干熄焦循环风机的工艺参数特点及相关的控制技术要求，杭钢集团公司和设计院经过充分的调研和认证，决定采用日本安川电机生产的IMRHVSDC6900

高压变频器对循环风机进行变频调速控制。

2.1 CIMR-HVSDC6900高压变频调速系统

该系统原理结构简图，如图1所示。

2.2 CIMR-HVSDC6900高压变频器性能特点

该高压变频器的相关技术参数如下。

型号CIMR-HVSDC6900

额定功率1 200 kV·A

额定输出电压6 000/6 600 V

额定输入电压6 000/6 600(1依10%)V

最大输出频率50/60 Hz

频率控制精度依0.5 %

频率输入分辨率0.03 Hz

功率因数0.95以上

效率约98%[!--empirenews.page--]

CIMR-HVSDC6900 高压变频器采用单元串联多电平技术，直接6 kV输入，6 kV输出。变频器主要由移相变压器、功率模块和控制器组成。输入侧由移相变压器给每个功率模块供电，有效地抑制了网侧高次谐波，输入波形接近正弦波，几乎不含高次谐波。输出侧采用多级串联PWM控制技术，输出接近正弦的PWM 波形，电机的谐波损耗大大减少，变频器无需输出滤波器即可给电机供电，而且转矩脉动低，可有效地消除电机发热及负载机械的振动。控制器内置多重PWM控制用基板，由32 位高速信号处理器、大规模集成电路、人机操作界面和可编程控制器共同组成。控制器与功率单元之间采用光纤通讯，控制板采用了安川特有的防腐保护涂膜技术，具有极高的安全性和抗电磁干扰性能，可靠性大大提高。整套变频装置具有完备的保护功能，主要有过电压、过电流、欠电压、缺相、过载、过热等保护功能。

装置的功率因数0.95 以上，包含变压器整体效率98%，具有优良的耐环境性能，确保了设备的稳定运行。

3 设备运行情况及效益

杭钢干熄焦变频系统于2006 年2 月由一冶电装公司开始安装，2006 年3 月1 日日本专家来我厂调试，并于2日投运。调试过程顺利，投运一次成功。

该变频器技术成熟，性能良好，具有明显的优点。主要体现在以下几点。

1)运行稳定，安全可靠自设备投运以来，一直运行正常，没出现过故障，并具有免维护的特点，只须定期清洗柜门上的通风滤网。

2)速度响应及时准确，起停平稳对电网几乎无谐波干扰，大大减少了电机的振动和噪音，完全满足了干熄焦气体循环系统的工艺需求。

3)变频器自身保护功能完备控制器用户接口电路完善，现场信号接入灵活方便，内部控制连接采用光纤通讯技术，具备良好的抗电磁干扰性，可靠性大大提高。

4)适应电网电压波动能力强厂区内电网电压波动频繁，波动范围在6.2~6.7 kV 之间，变频器运行稳定正常。

5)节能效果显著根据现场实际运行工况，排焦量在60 t/h 左右时，系统所需风量约为额定风量的70%，此时变频器的运行频率为37 Hz。与风机不调速，采用翻板阀门来调节风量的控制方式相比，理论上可节电

E=[P%-( n1/n2)3]*P2*t(kW·h) (1)

式中：E为可节约电力;

n1为变频调速后的转速;

n2为风机不调速时的转速;

P2为风机不调速时的电功率;

t为工作时间;

P%为工频输入时的功率百分比。

根据入口风门负载曲线(图2)，实际节电

E=[0.68-( 1 110/1 500)3]*780*24

=5 143 kW·h/d

4 结语

从设备一年多的运行情况来看，CIMR-HVS-DC6900 高压变频器性能好，可靠性高，生产和节能效益明显，完全满足了干熄焦循环风机系统的生产工艺要求。