变频器在钢铁行业的应用

变频器在钢铁行业的应用

冯洪江

本溪钢铁（集团）信息自动化有限责任公司，辽宁 本溪 117000

摘要：钢铁行业是我国社会经济发展的支柱产业，现代钢铁工业是一个大规模、高效、持续的生产过程企业。自动化主要是在每个过程中实现的。流程需求要求在大多数生产链路上全天不间断运行，因此对生产站点的控制设备提出了更高的要求。针对这些要求，不同品牌变频器产品在国内多家钢铁企业的传动方面得到了大面积的应用，其优越的性能完全能够满足现代化的需要。钢铁企业生产线的各种需要，在钢铁行业得到了广泛的好评。

关键词：变频器;钢铁行业;应用分析

1.工程实施分析

某钢铁公司炼铁厂3#高炉是2004年投产的高炉，其出铁系统为布袋除尘方式，除尘风机用1400kW异步电机(额度转速745r/min)驱动，电机采用6kV工频电源，高炉出铁除尘时采用液力耦合器(额度转速780r/min)调节风机转速来实现除尘要求，因液力耦合器在运行表现出故障率高、维护工作量大、能耗高、效率低等突出问题，与企业节能降耗、安全生产的矛盾非常突出。交流变频调速技术和性能的优越性非常突出，在20世纪90年代以来，国产变频器技术也得到迅速发展和进步，技术应用已非常成熟，获得各行业应用单位的认可。

为解决3#高炉调速系统存在问题，公司决定采用合同能源管理模式对3#高炉炉前1400kW除尘风机进行变频调速改造应用，通过工程招标，选择了在该领域质量、技术、业绩、服务上有一定综合优势的合同能源管理公司。合同能源管理(EPC－EnergyPerformanceContracting)是国家鼓励推广应用的新型的市场化节能机制。其实质就是由合同能源管理公司投资对客户的用电设备进行节能改造应用，客户用节能效益来向合同能源管理公司支付其改造应用投资成本，双方按合同约定节能效益分享比例、分享时间来分享节能效益，这种方式以未来的节能收益来实现客户设备、技术改造应用、节能降耗升级。合同能源管理模式具有“零投资、零风险、零浪费、高效益”的特点。

2.变频器运行原理

变频器在实际运行的过程中，需要对电机的速度进行调节，目前主要使用串联多电平技术。变频器由移向变压器、功率模块以及控制模块三部分组成，能够对生产现场中的控制柜、旁路柜以及计算机等设备进行数据信息采集和控制，由于变频器中存在谐波抑制装置以及多脉冲整流技术等，因此变频器在实际运行中能够达到我国IEEE519-1992标准和GB/T14549-93标准，具有较高的实际应用价值。变频器中利用多个功率单元输出波形，因此能够得到多电平，降低输出电压谐波和共模电压，以上过程不需要安装任何滤波装置就能实现，同时还能保证电机内部结构的完整性和安全性。变频器内部采用模块化的设计方式，能够随时进行移动和更换，其中所有单元可以相互交换组合。

其在实际应用中，还能够将单元中存在的设备故障显示出来，帮助管理人员对故障展开及时处理。变频器在运行状态下，如果其内部的一个单元模块发生故障，则该故障单元会自动退出整个运行系统，保证变频器的运行稳定性。通常，变频器频率调节范围在0~50赫兹之间，在该范围中，电机能够正常运行。变频器并不会对电网产生影响，在其调速范围内，变频系统的输入因数功率在0.95以上，高变压器在负荷86%~100%之间时，变频器的实际运行效率在95%以上，由此可以看出变频器在电机运行的重要性。

3实施具体分析

变频调速装置主要由变压器柜、功率单元柜和主控制器柜三部分组成，变频调速装置采用1套变频调速装置驱动1台电动机，6kV电源经变频装置送至电动机，在变频器故障时，经旁路开关柜输出直接起动电动机，满足生产应急处置需要，旁路直接起动电动机时，必须满足软启动的要求。变频器具有本机就地控制和远程操作功能。在正常方式下由控制室的上位机或操作台根据生产实际需要进行操作，变频器频率在满足工艺要求的前提下，可根据工况需要自由设定。通过现场调试，出铁时，变频器输出频率为40HZ运行，即转速n=60f(1－s)/p=596rpm;不出铁时，变频器降频至0HZ，可实现最大的节能效果。

4.变频器控制系统应用

将变频器控制系统应用在除尘风机中，能够实时显示除尘风机的实际运行数据，实现对其运行状态的实时监控，管理人员只需要通过控制系统，就能够随时了解除尘风机的运行情况。另外，变频器的控制系统具有远程控制功能，管理人员能够实现远程起停、急停以及复位等工作，不仅能够保证操作的准确性，还能够节省大量的实际操作时间。

目前除尘风机在实际运行中分为两种方式，分别为手动运行和自动运行，在应用变频器控制系统时，除尘风机为自动运行，在变频器控制系统发生异常，或者是停止使用的情况下，除尘风机处于手动运行中。实际控制现场，以远程操作的控制方式为主。在变频器控制系统I/O卡件配置的过程中，需要根据主设备控制系统的通讯情况展开调整，该控制系统能够对变频器内所有信号展开控制，并完成连锁、逻辑控制以及故障诊断等工作，因此在施工现场需要设置就地操作箱，这种方式能够实现手动操作与PLC控制系统操作之间相互独立，即使PLC控制系统出现故障，则现场工作人员还能利用手动操作的方式完成控制工作。

5. 应用效果对比

对变频器在除尘风机中的应用效果展开研究，可以从以下几个方面进行，第一，出铁速度，承钢公司2500m³高炉有四个出铁口，其标准出铁时间为100min，根据出铁速度，单出铁口的正常出铁时间为90min，这也就说明，一个单出铁口还没有完成出铁，另一个出铁口就开始出铁，二者之间存在的时间差为10min左右。整个出铁口连续出铁，因此连续产生烟尘。针对这一情况，应用变频器之后，根据出铁速度，对除尘风机的运行状态展开调节，例如，在双铁口出铁时，除尘风机高频90%运行，在单铁口出铁时，除尘风机低频40%运行。第二，除尘风机运行能耗量，在应用变频器之前，根据上文数据能够得出，除尘风机的消耗功率为额定功率左右，而在应用变频器之后，电机平均消耗功率不到额定的50%。通过以上数据分析能够看出，在应用变频器之后，除尘风机的消耗功率大大降低，变频器起到了一定的节能效果。

由此可以看出，将变频器应用在除尘风机中，不仅能够保证除尘风机的正常运行，还能够降低运行中的能源损耗量，提升其实际运行效率，不断促进我国钢铁生产行业向着节能高效的方向发展。经规范计量，改造应用前风机月平均耗电量52．03万kWh，高压变频改造应用后月平均耗电量36．96万kWh，变频改造应用后每月节电量15．066万kWh，从实际运行效果看，变频改造应用节能效果大于改造应用前预测值，改造应用节电率28．96%，按0．41元/kW·h改造应用合同约定电价计算，月节电效益为6．17万元，按照合同能源管理甲乙双方3∶7的节能款分配方式，3年内可收回投资，经济、社会效益可观。

结语

综上所述，变频器在钢铁工业中的应用可大大提高调速性能和运行效率，方便操作人员的运行监控，提高除尘系统自动化水平，降低工人劳动强度，实现节能效果显著，也为以后公司大功率的设备采用合同能源管理模式进行节能改造应用积累了经验，为公司电机系统节能工程扩大化开展奠定了基础。

参考文献：

[1]李标，孙海波，孟艳艳.变频器调试与故障处理[J].中国高新技术企业，2012（09）：142-143.

[2]赵明，郜俊奇.变频器在钢铁行业的应用[J].科技信息，2009（14）：649.