礦井通風總阻力為，其中井下巷道的通風阻力為風硐立閘門的局部阻力為DE，主要通風機提供的壓能大部分消耗在克服立閘門的局部阻力上。因為立閘門開啟較小，使風流斷面突然變小再擴大，造成大量的能量損失。風機的工作風壓為> C，風機消耗功率"：，通風機的風量、風壓遠遠超過礦井生產(chǎn)所需要的風量及通風阻力，造成嚴重的電能浪費，實屬“大馬拉小車”現(xiàn)象。礦井生產(chǎn)初期，通風機在常規(guī)運行時每小時的耗電量為DHM，電費為元；在串調(diào)運行時每小時的耗電量為元。串調(diào)運行比常規(guī)運行每小時節(jié)電元，節(jié)電率為根據(jù)分析比較，可以看出：通風機在串調(diào)運行狀況下，電動機的轉(zhuǎn)差功率通過逆變裝置回饋電網(wǎng)，使風機耗電量減少，起到節(jié)電作用。通風機在串調(diào)運行狀態(tài)下，雖然風機的節(jié)電率達，節(jié)約電費萬元。煤礦主要通風機運行現(xiàn)狀及改造分析，使風機的串調(diào)范圍由增大到風機初期運行在低轉(zhuǎn)速下，滿足礦井較小風量的要求，隨著礦井用風量的增大，逐漸提高風機轉(zhuǎn)速，達到節(jié)電效果。并對改造方案及效益進行了闡述。轉(zhuǎn)速下風機提供的風量及壓力大于礦井生產(chǎn)所需風量，還存在電能浪費現(xiàn)象，并且用立閘門調(diào)節(jié)風量，能量大部分消耗在立閘門上，因此，通風機在節(jié)電方面還有很大的潛力。通風機節(jié)電改造的方案通風機節(jié)電改造的途徑通風機節(jié)電改造的途徑較多，如更換小功率低轉(zhuǎn)速的電動機、變頻調(diào)速、更改串調(diào)轉(zhuǎn)速等。但從經(jīng)濟合理的原則出發(fā)，應盡量使用原有設備，盡可能地發(fā)揮現(xiàn)有設備的效能。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，采用更改串調(diào)裝置的調(diào)節(jié)部分，將電動機轉(zhuǎn)速在現(xiàn)有的基礎上調(diào)低到增大調(diào)速范圍，使其初期在轉(zhuǎn)速下運行，隨著礦井需風量的變化，逐漸提高運行速度，達到節(jié)電的目的。
風機軸承箱軸承稀油池侵入式潤滑，當軸承轉(zhuǎn)速較高時，外置油站強制循環(huán)，軸承溫度有8只電阻溫度計監(jiān)視；為減少氣流在彎道中的氣流損失，并使氣流均勻流入垂直擴壓器，在彎道內(nèi)設有導流葉片和導流鼻；為了使風機的振動不傳至進排氣管道和維修時拆卸方便，機殼與整流環(huán)、擴散器之間采用圍帶擾性連接。
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唐山某風機修理廠，近幾年用高合金粉塊堆焊風機葉片的方法，修復了100臺左右的風機,取得了提高風機葉片使用壽命4倍左右的效果，探索出了較理想的堆焊工藝。
1.葉片強化方法及材料的選擇
1.1選擇強化方法
該廠在試板上分別進行了氧乙炔噴焊與電弧堆焊的對比試驗。噴焊加熱速度慢、加熱時間長，導致試件變形嚴重；而電弧堆焊加熱時間短，試件變形較小，但稀釋率較高。因葉輪的形狀及剛度等原因，葉輪變形后校形較困難，加之在生產(chǎn)制造葉輪的過程中，葉輪本身已有一定的制造偏差，故為保證葉輪的尺寸及形位偏差這一基本要求，采用變形較小的電弧堆焊方法。
1.2選擇材料
受磨料磨損的工件，一般選用碳化鎢或高鉻合金鑄鐵作為堆焊材料。但采用電弧堆焊的方法，會使碳化鎢原始顆粒大部分熔化，在堆焊層析出硬度并不算高的含鎢復合化合物，影響耐磨性的提高；而采用唐山友達特種焊材有限公司生產(chǎn)的Fe-05高鉻合金粉塊作為堆焊材料，可使堆焊層含有Cr7C3高硬相，且其價格比碳化鎢便宜。
2堆焊工藝
工藝是影響堆焊質(zhì)量的重要因素。根據(jù)對葉輪的要求，把堆焊葉片的工藝重點放在了降低稀釋率和減少焊后變形這兩個方面。
2.1降低稀釋率
堆焊層的稀釋率，反映了堆焊層中母材熔入數(shù)量的百分比。葉輪母材一般為Q235或16 Mn。母材熔化后對耐磨合金材料起稀釋作用，會降低堆焊層合金化的效果，影響耐磨性。在保證母材與耐磨合金相互熔合的前提下，降低稀釋率就是減少母材熔化量。經(jīng)過不斷摸索,該廠認為：電流掌握在330-350(A),電壓掌握在25-30(V),焊接時間掌握在1分30秒,的堆焊工藝規(guī)范效果最好。為減少母材熔化量，應注意使堆焊電流減小、電壓降低、堆焊速度加快；但堆焊電流過小，會使耐磨合金粉塊不易熔化，導致堆焊速度減慢。欲使堆焊速度加快，又需加大堆焊電流。這一矛盾只有通過試驗才能找到最佳組合。焊工操作時需注意以下兩點：
(1)電弧擺動幅度盡量小，以剛超出粉塊邊緣為宜，但不可咬邊；(2)采用坡度為5°～10°的下坡焊，使熔池流動方向與施焊方向一致。
2.2控制葉輪變形量
堆焊后的葉輪，在驗收時不僅需作靜、動平衡試驗，還需各表面的尺寸、形狀及位置滿足偏差要求。由于堆焊會使葉輪受熱不均勻，產(chǎn)生焊接應力，導致焊接變形等，故還需采取適當工藝措施，才能把葉輪變形控制在公差范圍內(nèi)。在堆焊時采取了以下工藝措施：
(1)保證焊接順序
在每一葉片上堆焊完一塊粉塊后，轉(zhuǎn)動葉輪，在對稱葉片相應位置，堆焊另一粉塊。如此循環(huán)往復，直至把各葉片堆焊完畢。以此順序堆焊，可使葉輪前、后盤均勻收縮，并可避免熱應力過于集中，減少焊接變形。
(2)錘擊焊縫
葉輪變形是由于堆焊層在冷卻過程中發(fā)生縱向、橫向收縮造成的。每堆焊完一粉塊，用小錘輕擊，延展堆焊層，可補償部分收縮量，減少變形。
(3)減少線能量減小線能量能使葉片受到的熱輸入量減少，熱應力變小。這與降低稀釋率的要求是一致的。
今年以來，潞安集團公司王莊煤礦以建設數(shù)字化本安型礦井為核心，積極構(gòu)建裝備齊全、數(shù)據(jù)準確、斷電可靠、處置迅速的安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，嚴格控制和杜絕瓦斯超限，為礦井安全生產(chǎn)提供了有力保障。
近年來，王莊礦在井下先后建立了工業(yè)千兆以太環(huán)網(wǎng)、無線通訊系統(tǒng)、安全生產(chǎn)綜合信息化平臺和數(shù)字工業(yè)電視等監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，礦井數(shù)字化、信息化管理水平顯著提高。然而，隨著王莊新井的建設、礦井產(chǎn)量的不斷增加和瓦斯涌出量的相對增高，礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。
井下采掘工作面主副風機停風作業(yè)是造成瓦斯超限的主要原因之一。為了防止這種情況發(fā)生，今年該礦自動化專業(yè)技術(shù)人員進一步完善對井下局部通風的監(jiān)測及控制，對采掘工作面主、副風機和風筒全部安設傳感器，實時監(jiān)測主副風機和風筒的狀態(tài)。當主風機停止運行備用風機開啟，以及開關(guān)檢測到風筒無風時，這些傳感設備及時切斷工作面全部非本安電器設備的電源并實現(xiàn)閉鎖，確保工作面安全作業(yè)。截至目前，該礦井下共計安設瓦斯傳感器95臺，一氧化碳傳感器70臺，風速傳感器35臺，測點將近700余個。一只只無處不在的“天眼”鎖控著礦井每一個角落的安全生產(chǎn)。
為了保證井下每個傳感器的靈敏、準確、可靠，該礦專業(yè)技術(shù)人員及時根據(jù)采掘巷道進度對瓦斯傳感器進行延伸，并安設在堅固的支護處，防止冒頂及其他機械損傷,車間通風；同時定期調(diào)校，保證靈敏可靠；另一方面對井下各個使用地點按期進行斷電測試，確保有害氣體濃度超限達到斷電值時自動斷電；并建立臺賬和單臺設備檔案，繪制安全監(jiān)控系統(tǒng)圖和安全監(jiān)控斷電圖，全面加強礦井宏觀監(jiān)測監(jiān)控安全管理。
針對井下各環(huán)節(jié)點多分散、作業(yè)人員流動等實際情況，該礦還將井下小靈通與現(xiàn)有生產(chǎn)程控電話全部進行對接，井上井下、無線有線全面形成一個完整的通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡，大大提高了井下通信技術(shù)裝備水平，為礦井快速應急救援體系建設、減少安全生產(chǎn)責任事故奠定了基石。李宛玲 郭雪飛
來源:山西日報
什么是風機的工作點？
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什么是
風機'>風機的工作'>工作點？
風機'>風機的流量Q與其所產(chǎn)生的壓頭P之間，保持一定的關(guān)系，據(jù)此所繪制的曲線，稱為風
機的Q―P特性曲線。風機總是與煙風道連接在一起工作'>工作的，當負荷變化時，煙、風騷量相應變化，煙、風道的活動阻力ΔP也隨之變化，根據(jù)它們之間的變化關(guān)系所繪制的曲線，稱管道的Q―ΔP特性曲線。
風機在工作時，它所能產(chǎn)生的壓頭，恰好即是該管道系統(tǒng)輸送相同流量氣體所消耗的總壓頭（即管道總活動阻力），它們在供求關(guān)系上處于平衡狀態(tài)。因此，風機的Q―P特性曲線與管道系統(tǒng)的Q―ΔP特性曲線的交點A即為風機的工作點。工作點A的位置，決定了風機工作狀態(tài)下的一切參數(shù)，如流量、全壓頭p、功率P、效率η等。
相關(guān)閱讀:
中華人民共和國國家標準
小艇? 電動風機
(GB/T17847-1999)
?
1 范圍
本標準規(guī)定了用于小艇上要求機械透風的機艙、廚房以及其他處所的風機的要求，并說明了丈量風機風量的試驗方法。
本標準適用于額定電壓低于50V的直流（d.c.）風機。風機可為離心式或軸流式。
2 引用標準
下列標準所包含的條文，通過在本標準中引用而構(gòu)成為本標準的條文。本標
準出版時，所示版本均為有效。所有標準都會被修訂，使用本標準的各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。
?? ISO 8846：1990? 小艇 ?電器裝置 ?防止點燃四周可燃性氣體的保護
?? AMCA 210：1985/ASHRAE 51：1985? 透風機定額的實驗室試驗方法
?? BS 848-1：1980? 普通用途透風機? 第一部分：性能試驗方法
?? DIN 24163-1：1985?? 透風機? 性能丈量? 標準特性曲線
?? DIN 24163-2：1985?? 透風機? 性能丈量? 標準試驗臺
?? NFX10-200：1986? 外殼再增壓和抽風機再增壓的透風機在平臺上的風量試驗規(guī)則? 排出風量箱的方法
3 定義
本標準采用下列定義。
3.1? 防止點燃的裝置? ignition-protected device
,
廠房降溫設備?? 符合ISO 8846 要求的裝置。（ISO 8846闡述了相應的試驗大綱。）
3.2? 標稱電壓 nominal voltage
?? 艇上通常使用的直流電壓，如6、12、24和32V。
4 一般要求
4.1 ?風機應設計成可在120%標稱電壓下連續(xù)運行。
4.2? 風機應符合ISO 8846的防點燃要求。
4.3? 應對風機的風量進行定額。應根據(jù)第6章對風機的風量進行丈量，并獲得性能曲線。
4.4? 風機葉片或轉(zhuǎn)子以及外殼所用的材料應加以選擇，以防止它們?nèi)f一發(fā)生相互碰觸時產(chǎn)生火花。
4.5? 若有必要，風機的運動部件應加以封閉或裝設防護罩，以保護職員免受傷害。風機外殼應設有泄水口，以防止在各種安裝位置時積水。假如斷定與風機運動部件的碰觸是無害的，則不必裝設外殼和防護罩。
4.6? 應提供將風機牢固地安裝在艇上的設施。
4.7? 風機的零部件應加以選擇，使其在有海水的情況下不會發(fā)生電化腐蝕。
4.8? 風機的零部件應加以選擇或涂覆，使其在有海水的情況下能耐腐蝕。
4.9? 每臺風機應有包括風機性能曲線的安裝說明書(見6.2)。
5? 電氣要求?
5.1? 風機應為雙線型，其火線和回線均應與電動機和風機外殼相盡緣。
5.2? 用于連接電源的導線應為絞合銅線。
注1：將有國際標準對超低壓電氣裝置的要求作出規(guī)定。
5.3? 假如設有外部接線端子，則這些端子應設計成或防護得能防止由于導電物體的偶然接觸而引起短路。
5.4? 假如風機具有外部的電動機引線，則這些引線的規(guī)格應符合所傳輸功率的要求、且標稱截面不得小于1mm?。導線的盡緣應適于濕潤場所使用，且適于在120%標稱電壓下和在60℃的環(huán)境溫度中使用。
5.5? 應采取下列措施防止風機出現(xiàn)持續(xù)的轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)狀態(tài)：
??? ――整體的過電流保護；
??? ――在電路中其量值足以保護風機電動機的過電流保護；
――在環(huán)境溫度為60℃時能夠承受轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)7h，表面溫度不會超過150℃，且無燒焦、燒壞或熔化的跡象。
6? 風機定額
6.1? 風機應以伏特(V)和安培(A)或瓦特(W)作為電氣定額。
6.2? 以“m?/s”表示的風機定額值，應使用下列任一有關(guān)標準所給定的方法予以標定。
注2：參照了與定額試驗有關(guān)的某些國家標準，未來的ISO 580l將合并并代替這些標準。
6.2.1? 具有開敞式進風口、導管式出風口的風機(B類)，參見下列標準：
??? ――AMCA 210：1985/ASHRAE 51：1985，圖9至圖12；
??? ――BS 848―1，圖27a)～圖27d)；
??? ――DIN 24163―l，圖l，試驗臺布置2，裝進方式C；
――NF X10―200。
6.2.2? 具有導管式進風口、開敞式出風口的風機(C類)，參見下列標準：
??? ――AMCA 210：1985/ASHRAE 51：1985，圖13～圖15；
??? ――BS 848―1，圖28a)～圖28d)；
??? ――DIN 24163―1，圖A，試驗臺布置l，裝進方式B；
――DIN 24163―2，圖4。
6.2.3? 具有導管式進風口、導管式出風口的風機(D類)，參見下列標準：
??? ――AMCA 210：1985/ASHRAE 51：1985，圖9～圖l5；
??? ――BS 848―1，圖29a)至圖29e)；
??? ――DIN 24163―2，圖4。
??? 注3：在小艇上不采用具有開敞式進風口和開敞式出風口的風機(A類)。
?6.3? 測定風機定額的程序如下：
??? a)裝上被試風機，確定所有配合表面均已密封；
,
屋頂風機排風設備??? b)試驗前，風機在120%標稱電壓下，試運行3h；
??? c)在整個試驗中，保持風機的運行電壓為標稱電壓；
??? d)將試驗中所記錄的風量讀數(shù)校準至1.2kg/m?的標準密度；
e)改變總壓力，改變的次數(shù)應足以形成一性能曲線。
7? 標記
7.1? 風機上應永久而清楚地至少標明下列內(nèi)容：
??? a)制造廠或?qū)Ｓ脴酥久Q或商標；
??? b)型式或類型標識；
??? c)制造年份(可以是編碼)；
d)以伏特(V)和安培(A)或者以伏特(V)和瓦特(W)表示電氣定額。
7.2? 應以適當方式標出GB/T17847(idt ISO 9097)以及“船用”字樣，表明風機符合本標準。
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超大功率高壓變頻器在煉鐵高爐鼓風機中的應用 |
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作者：陸思黨 |
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摘 要：本文結(jié)合6500kW/10kV高壓變頻器實際運行工況，介紹了國產(chǎn)超大功率高壓變頻器在高爐鼓風機上的應用。通過改造，實現(xiàn)了高爐的工藝優(yōu)化，也體現(xiàn)了國產(chǎn)基于單元級聯(lián)式多電平高壓變頻器的制造能力。
關(guān)鍵詞：高壓變頻器 高爐鼓風機 單元級聯(lián)式多電平
1 引言
山西永恒工貿(mào)有限公司始建于1998年，是由原“稷山縣地方國營煉鐵廠”改建而成，屬于私營股份制企業(yè)。現(xiàn)在有450m3煉鐵高爐一座，220m3煉鐵高爐兩座，燒結(jié)機兩臺，JN4340型焦爐一座，水泥生產(chǎn)線一條。年生產(chǎn)生鐵90萬噸。近年來，公司積極響應國家產(chǎn)業(yè)政策，加快技術(shù)進步的同時，積極進行節(jié)能減排，實現(xiàn)廢氣（物）循環(huán)再利用，形成了煤?焦?化和煤?焦?鐵?電（水泥）兩條循環(huán)生產(chǎn)線。
永恒工貿(mào)450m3煉鐵高爐風機采用6500kW/10kV三相異步電動機，定子串水電阻方式啟動，啟動時沖擊電流大，持續(xù)時間長。而且受電網(wǎng)容量的限制，在每次啟動時均需將廠內(nèi)其它所有用電設備停掉，在此臺高爐風機起動后才能起動其他設備，操縱比較麻煩，因此有些時候在即使設備檢驗不出鐵的時候也是盡量不停高爐風機，且風量調(diào)節(jié)采用風門調(diào)節(jié)，這樣就造成了電能的浪費。由于變頻用具有軟啟動、軟停止功能，啟動電流小，可解決高爐風機啟動時的大題目，再就是變頻器可以節(jié)約電能，因此山西永恒工貿(mào)有限公司廠領導決定實行變頻改造。
2 高爐鼓風機工藝
高爐因具有煉鐵技術(shù)經(jīng)濟指標良好，工藝簡單，生產(chǎn)量大，勞動生產(chǎn)效率高，能耗低等優(yōu)點，這種方法生產(chǎn)的鐵占世界鐵總產(chǎn)量的盡大部分。高爐為煉鐵環(huán)節(jié)中最主要的設備，它為橫斷面為圓形的煉鐵豎爐，生產(chǎn)時從爐頂裝進鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位于爐子下部的風口吹進經(jīng)預熱的空氣。在高溫下焦炭中的碳同鼓進空氣中的氧燃燒天生的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過程中除往鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。鐵水從鐵口放出，天生的爐渣，從渣口排出。煤氣從爐頂排出，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等燃料。
高爐鼓風機是高爐最重要的動力設備。高爐冶煉流程如下圖1所示，它首先通過空氣過濾器在大氣中收集干凈的空氣，由高爐鼓風機加壓后經(jīng)熱風爐進風口送進熱風爐，由熱風爐對空氣進行加熱后經(jīng)高爐下部風口吹進，以保證高爐中燃燒的焦炭和噴吹的燃料所需的氧氣，另外還要有一定的風壓克服整個系統(tǒng)和料柱的阻損，并使高爐保持一定的爐頂壓力�，F(xiàn)代大、中型高爐所用的鼓風機，大多用三相異步電機驅(qū)動的離心式鼓風機和軸流式鼓風機。鼓風機耗電雖多，但啟動方便，易于維修，投資較少。十分受用戶的青睞。高爐冶煉要求鼓風性能供給一定量的空氣，以保證燃燒一定的碳；其所需風量的大小不僅與爐容成正比，而且與高爐強化程度有關(guān)。一般按單位爐容2.1～2.5m3／min的風量配備。但實際上不少的高爐考慮到生產(chǎn)的發(fā)展，配備的風性能力都大于這一比例。
1、料車 2、上料斜橋 3、高爐 4、鐵、渣口 5、高爐鼓風機進風口 6、熱風爐 7、重力除塵 8、文氏管 9、洗滌塔 10、煙囪 11、熱風爐進風口
圖1 高爐冶煉流程示意圖
3高爐鼓風機改造方案
高爐鼓風機是高爐生產(chǎn)系統(tǒng)的動力中樞，一旦風機不能正常運行，不但影響生產(chǎn)，而且造成重大損失；另外，調(diào)速系統(tǒng)工作的環(huán)境比較惡劣；所以，和高爐風機配套的高壓調(diào)速系統(tǒng)方案應周密細致，經(jīng)過雙方技術(shù)職員的合作，制定了高爐鼓風機的技術(shù)改造方案。
3.1 450m3煉鐵高爐風機及配套電機參數(shù)表1高爐風機基本參數(shù)
 3.2高爐變頻改造技術(shù)方案
圖2旁路柜中，共有3個高壓隔離開關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動機構(gòu)，實現(xiàn)電磁互鎖。當K1、K3閉合，K2斷開時，電機變頻運行；當K1、K3斷開，K2閉合時，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢驗、維護和調(diào)試。
圖2 手動旁路柜一次回路圖
旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖，DL合閘時，盡對不答應操縱旁路隔離開關(guān)與變頻輸出隔離開關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操縱職員和設備的安全。
故障分閘：將變頻器“高壓分斷”信號與旁路柜“變頻投進”信號串聯(lián)后，并聯(lián)于高壓開關(guān)分閘回路。在變頻投進狀態(tài)下，當變頻器出現(xiàn)故障時，分斷變頻器高壓輸進；旁路投進狀態(tài)下，變頻器故障分閘無效。
保護：保持原有對電機的保護及其整定值不變。
高壓變頻器設備現(xiàn)場運行照片如圖3所示。
圖3 高壓變頻器現(xiàn)場運行照片
4高壓變頻器的制造
4.1 單元級聯(lián)式多電平變頻器
6500kW/10kV高壓變頻器采用單元級聯(lián)式多電平方式。由于此種變頻器采用多個功率單元串聯(lián)的方法來實現(xiàn)高壓輸出，所以具有以下優(yōu)點：
（1）其輸出通常采用多電平移相式PWM，可以實現(xiàn)較低的輸出電壓諧波，較小的du/dt和共模電壓。
（2）輸進通常采用移相隔離變壓器實現(xiàn)多重化整流，以達到抑制輸進諧波的目的。
4.2 雙移相變壓器結(jié)構(gòu)
高壓變頻器的輸進變壓器采用干式移相變壓器，考慮到假如只做一個變壓器，容量會比較大，體積也會很大，受變頻器的搬運、安裝以及受變頻器安裝空間所限；且由于變壓器為干式的，散熱處理比較困難，高壓變頻器采用雙變壓器結(jié)構(gòu)。每臺變壓器的容量為4000kVA,各自承擔功率單元50%的供電。
4.3 功率單元結(jié)構(gòu)
在普通10kV高壓變頻器的設計一般采用24功率單元結(jié)構(gòu)，每相8個功率單元，每個單元輸出的功率為整機功率的1/24，由于6500kW/10kV高壓變頻器運行時輸出功率太大，假如采用24功率單元結(jié)構(gòu)，那么單個功率單元內(nèi)要求的濾波電容就會很多，功率單元的體積就會很大，綜合考慮6500kW變頻器采用30功率單元結(jié)構(gòu)，單元輸進電壓為525V。這樣不僅會使變頻器的高壓輸出更接近于正弦波使輸進諧波更低。而且單個單元承受的電壓更低，更易于控制。
4.4 功率單元的冗余設計及“星點漂移”
（1）30個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)如圖4所示，為基本的交- 直- 交單相逆變電路，整流側(cè)為二極管實現(xiàn)三相全波整流，通過對IGBT 逆變橋進行正弦PWM 控制。每個功率單元完全一樣，可以互換，這不但調(diào)試、維修方便，而且備份也十分經(jīng)濟。假如一個功率單元發(fā)生故障，該單元的輸出端能自動旁路而整機可以正常運行。
圖4 功率單元原理圖
（2）星點漂移
30個功率單元分為3組，每10個單元為一相。在正常情況下，三相輸出A、B、C平衡，中性點即星點在O點。如圖5所示，當A相有一個單元故障時，把星點由O點轉(zhuǎn)移到O1點，而B相和C相經(jīng)過運算，對O1的輸出要與A相一致。使整機的三相輸出依然平衡。此功能稱為“星點漂移”。
圖5 星點漂移示意圖
當出現(xiàn)2個或3個單元故障時，同樣要經(jīng)過復雜的運算使三相平衡�，F(xiàn)最多可做到3個單元故障的星點轉(zhuǎn)移功能。這種單元的冗余設計大大的進步了變頻器的穩(wěn)定性。
4.5 JD-BP38高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性設計
為保證JD-BP38高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的高可靠性，在進步系統(tǒng)各組單元的內(nèi)在可靠性和系統(tǒng)抵抗外部故障因素的能力方面，主要采用以下設計措施：
（1）上位操縱計算機采用與主控計算機基本相同的軟硬件配置，當主控計算機發(fā)生故障時，可以在不停機的狀態(tài)下，迅速替換，保證系統(tǒng)的可靠性運行。
（2）控制系統(tǒng)由主控單元、PLC(西門子S7-200)、主控計算機組成，在主控計算機發(fā)生故障時，系統(tǒng)不停機，確保生產(chǎn)的進行。
（3）為了進步系統(tǒng)的抗干擾能力，所有的功率模塊與主控單元之間通過光纖通訊，低壓和高壓部分完全可靠隔離，所有I/O板全部采用了隔離措施，將通道上竄進的干擾源拒盡在系統(tǒng)之外。
（4）控制器結(jié)構(gòu)上采用箱體結(jié)構(gòu)，各控制單元板采用FPGA、CPLD等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù)，系統(tǒng)具有極高的可靠性。
（5）盡量采用低功耗的CMOS元器件進步系統(tǒng)的溫度適應能力，降低功耗。
（6）電源系統(tǒng)完全采用開關(guān)電源技術(shù)，各部分功能單元采用獨立的供電措施，保證在某一部分發(fā)生故障時，其他部分仍能可靠運行。
（7）選用各種電阻、電容器及集成電路、隔離器件時，對其耐壓能力留有較大的余量，對集成電路的拉電流、灌電流能力使用，也留有足夠的余量。
（8）輸進干式變壓器免維護，可靠性高。
（9）多級模塊串聯(lián)，器件工作在低壓狀態(tài)，便于采用成熟技術(shù)，不易發(fā)生故障。
軟件可靠性措施：整個軟件開發(fā)過程按正向設計進行，底層實時控制系統(tǒng)為自行設計和編寫，確保整個系統(tǒng)中沒有不清楚的部分，資源分配留出很大裕度。整個系統(tǒng)的組成軟件經(jīng)過嚴格測試，窮盡各種故障可能，確保系統(tǒng)不死機，不出故障。對所有接口關(guān)系嚴格定義，且均設立非法進進和退出處理措施。
5 變頻器的安裝
高爐鼓風機作為鋼鐵廠最為關(guān)鍵的設備，它的停機輕則會導致鐵廠的停產(chǎn)，重則會導致事故發(fā)生，所以必須要保證高爐鼓風機的穩(wěn)定運行。
5.1 變頻器的現(xiàn)場散熱處理
大功率變頻器作為一個比較大的發(fā)熱源，它運行時的散熱就顯的尤為重要。高爐鼓風機位于高爐四周，四周的粉塵量比較大，特別是導電性粉塵，所以在選擇變頻器的冷卻方式上只有以下兩種：（1）風冷和空調(diào)配合使用；（2）為液體冷卻（一般為水冷）。
由于高壓變頻器中需要冷卻的元器件均為導電體，因此在設計液體冷卻系統(tǒng)時必須采用間接液體冷卻，這使得冷卻系統(tǒng)的設計極為復雜，且本錢高；有由于液體冷卻系同一處出題目有可能導致整個冷卻系統(tǒng)的癱瘓，所以穩(wěn)定性也低。
相反，風冷具有：（1）設計簡單；（2）可以采用冗余設計；（3）與空調(diào)冷卻配合使用，可以使變頻器的運行環(huán)境相對封閉，保證變頻器的衛(wèi)生。
綜合考慮，我們在6500kW/10kV變頻器的冷卻方式上選擇了風冷，并配合空調(diào)冷卻使用。
一臺完整的高壓變頻器分為四部分：旁路柜、變壓器柜、功率單元柜和控制柜。變壓器柜和功率單元柜幾乎占了整機全部的發(fā)熱量。變壓器柜相對于功率單元柜所要求的運行環(huán)境要低的多，而且這么大的變頻器變壓器的發(fā)熱量也不小，為了節(jié)省空調(diào)使用數(shù)目，在變頻器結(jié)構(gòu)設計上采用變壓器柜和功率單元柜分開放置的方法。
具體方法為：變壓器柜與功率單元柜中間隔開700mm的間隔，變頻器安裝完成后中間采用隔熱材料隔開，這樣就使得一臺變頻器放在兩間屋子里了。變壓器柜與旁路柜在一起并采用強迫風冷，然后再在變壓器柜頂安裝風道，收集變壓器的產(chǎn)熱直接排到安裝環(huán)境之外；功率單元柜與控制柜在一起安裝在一個相對獨立且封閉的房間里，也采用強迫風冷，并在房間內(nèi)安裝空調(diào)來降低環(huán)境溫度，保證功率單元柜及控制柜的運行環(huán)境。
安裝空調(diào)時為了保證變頻器的安全運行要求空調(diào)有足夠的制冷量且有余量。由于沒有變壓器的熱量，所以按照變頻器額定功率3%的發(fā)熱量來設計空調(diào)：
6500×0.03=195(kW)
現(xiàn)場實際安裝空調(diào)數(shù)目為8臺制冷量為24kW的空調(diào)，單臺空調(diào)是獨立的，這樣保證單臺空調(diào)出現(xiàn)題目是不會影響機器的運行。
實際運行情況為在夏天天氣最熱的幾天里，同時7臺空調(diào)運行，就能把環(huán)境溫度控制在27℃左右。
5.2上位機控制
由于高爐鼓風機壓力操縱比較頻繁且精度要求比較高，綜合考慮后變頻器控制方式采用上位機控制。運行界面如圖6所示，采用RS-485網(wǎng)絡與變頻器通訊。上位機控制方式控制變頻器的運行頻率比模擬量控制更正確，使高爐壓力的調(diào)節(jié)更加正確，做到高爐壓力完全無波動調(diào)節(jié)，且能實時記錄變頻器的運行數(shù)據(jù)并保存以供需要時查詢。進一步保證高爐的穩(wěn)定運行。
圖6 上位機運行畫面
5.3 故障自復位
為了在變頻器故障時能最大限度的減少損失，變頻器增加了故障自復位功能，在變頻器不斷高壓電的情況下，通過軟件或故障復位按鈕設置能讓變頻器故障自復位。這可以使變頻器出現(xiàn)故障后以最快的速度再次投進運行。
6 變頻器的使用效果
6500kW/10kV高壓變頻器在山西永恒工貿(mào)高爐鼓風機正式投產(chǎn)日期為2010年5月5日，至本文完成時已安全無故障運行半年有余。高爐鼓風機變頻改造后有以下優(yōu)點：
6.1節(jié)電效果明顯
在變頻器沒有安裝以前高壓電機采用定子串水電阻啟動，風壓通過風門調(diào)節(jié)。這樣電機始終運行在額定狀態(tài)，變頻器安裝以后風門全開，風壓通過調(diào)節(jié)變頻器頻率實現(xiàn)。實現(xiàn)了節(jié)電的目的，下面對節(jié)電量作定量分析。
定量計算：電價按0.45元計算，一年運行時間按330天
電機工頻年耗電量：
W工=1.732×10×366×0.9×24×330
=45185247.36（度）
變頻器耗電量：
W變=1.732×10×270×0.95×24×330
=35185233.6（度）
空調(diào)最大耗電量：
W空=1.732×380×17.5×0.85÷1000×7×24×330
=542764.807（度）
年節(jié)省用度：
F= (W工－W變－W空) ×0.45
=(45185247.36－35185233.6－542764.807) ×0.45
=9457248.953×0.45
=4255762（元）
綜上所述，變頻改造后，節(jié)能效果是非常明顯的。
6.2 變頻器軟啟動功能解決鼓風機啟動題目
永恒工貿(mào)一共有三個廠區(qū)：鐵廠，燒結(jié)車間和鋼廠。三個廠區(qū)公用一個變壓器，變壓器容量為25000kVA。而6500kW/10kV高爐鼓風機使用定子串水電阻方式啟動，啟動時沖擊電流大，持續(xù)時間長，這使得在鐵廠高爐鼓風機啟動時必須讓燒結(jié)車間熱 風機與鋼廠停止生產(chǎn)，把所有的大型用電設備停掉，然后才能啟動。這樣麻煩的啟動方式致使在設備檢驗不出鐵時也盡量不讓高爐鼓風機停止，這不僅讓機器的檢驗不方便也無形中造成了大量電能的浪費。
用上變頻器以后，變頻器帶動電機從0.5Hz軟啟動，啟動電流不超過額定電流，不僅讓高爐鼓風機開停機極為方便，也節(jié)約了電能；還減小了啟動時對電機、風機及整個高爐系統(tǒng)的沖擊。
6.3 減小電機振動及噪音
6500kW電機因功率大，運行時噪音污染特別嚴重。但是高爐鼓風機作為重要環(huán)節(jié)必須24小時有人監(jiān)護，這種環(huán)境勢必要給工人的身心健康造成嚴重傷害。最大限度的減小電機、風機的振動，不但能改善監(jiān)護職員的工作環(huán)境，還能延長設備壽命，減少設備故障率及維護、維修用度。
6.4變頻器的其他優(yōu)點
（1）飛車啟動功能：能夠識別電機的速度并在電機不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動。
（2）矢量控制技術(shù)和載波移相控制技術(shù)：采用高速DSP作為中心處理器，運算速度更快，，讓控制更精準。
（3）旋轉(zhuǎn)中再啟動功能：運行過程中高壓瞬時掉電三十秒鐘內(nèi)恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動運行到掉電前的頻率。
（4）運行過程中外部頻率給定信號出現(xiàn)故障（短路或開路），整機維持故障前的運行頻率不變，給出報警信號。
（5）參數(shù)自整定功能：無須手動設置，自識別電機參數(shù)，適配于普通異步電機。
（6）整機旁路功能：在變頻器整機出現(xiàn)故障時，變頻器能提供工頻旁路，讓系統(tǒng)繼續(xù)運行。
7 結(jié)束語
高爐鼓風機經(jīng)過變頻改造后,不僅達到了良好的節(jié)能效果,并且使整套高爐系統(tǒng)的穩(wěn)定性進步了一個臺階。這是國內(nèi)為數(shù)未幾的超大功率高壓變頻器在高爐風機上的應用，改造是極為成功的，也說明了國產(chǎn)高壓變頻器已經(jīng)擁有了生產(chǎn)超大功率高壓變頻器的技術(shù)。
隨著國家對節(jié)能減排工作的越來越重視，企業(yè)通過各種措施降低生產(chǎn)本錢，其中變頻技術(shù)起到了關(guān)鍵作用，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，適應了國家建設資源節(jié)約型社會的潮流。
參考文獻
[1]山東新風光電子使用手冊[Z]. 山東新風光電子科技發(fā)展有限公司。
[2]山東新風光電子JD-BP38-6500F高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)山西永恒公司調(diào)試大綱。
[3]山東新風光電子JD-BP38-6500F高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)山西永恒公司驗收報告。(end)
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收錄時間:2011年02月23日 02:31:26 來源:陸思黨 作者:
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