High Voltage Inverter Applied in Circulating Fan System of Coke Dry Quenching
LI Guang-cheng
(Tangshan Iron & Steel Company of HBIS, Tangshan 063001, China)
Abstract: The application of high voltage inverter in circulating fan system of coke dry quenching is introduced. The air volume could be regulated precisely, which is beneficial to stable operation of the coke dry quenching boiler.
Keywords: steel enterprise; circulation fan; inverter; speed regulation control;

    关键词：钢铁企业；循环风机；变频器；调速控制

    0 引言

    风机类设备是钢铁生产行业的耗电大户,目前主要的控制方式是采用液力耦合器调速,或通过翻板来调节风量,其中蕴藏着巨大的节能空间。采用高压大功率变频调速方案,将会产生可观的经济效益。对降低吨钢耗水电指标、节能降耗起到积极作用。

    随着计算机技术及IGBT等功率器件的飞速发展,高压大功率变频器产品已日渐成熟,但是对于不同的工况条件,节能效果上差别很大,不能盲目推广投运,必须对使用条件和现场工况作细致的研究。

    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关键核心设备，为气体循环提供动力，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2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。循环风机采用变频调速技术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。

    循环风机工艺技术参数：型号，GXS160；形式，双吸入离心式风机；容积流量，232000m3/h；压力，风机全压13.5kPa，入口静压约-4.5kPa；介质密度，0.77kg/m3；转速，1490r/min。

    高压电机工艺技术参数：型号，YKK630-4；额定功率，2240kW；额定电压，6kV；额定电流，248A；额定转速，1486r/min；功率因数，91%。

    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。变频器控制方式选择:远程及本地。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。正常工作时，循环风机的入口档板全开，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变频调速控制的系统性能特点

    对于2240kW/6.0kV高压变频装置，北京利德华福电气技术有限公司HARSVERT-A系列高压变频器调速系统，可以很好的满足现场调速要求。该系列变频采用新型IGBT功率器件，全数字化微机控制，具有以下特点：

    （1）高-高电压源型变频调速系统，直接3、6、10kV输入，直接3、6、10kV输出，无须输出变压器。

    （2）输入功率因数高，电流谐波少，无须功率因数补偿/谐波抑制装置。

    （3）输出阶梯正弦PWM波形，无须输出滤波装置，可接普通电机，对电缆、电机绝缘无损害，电机谐波少，减小轴承、叶片的机械震动，输出线可以长达1000m。

    （4）标准操作面板配置或彩色液晶屏全中文操作界面。

    （5）内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要。

    （6）支持Profibus、Modbus、TCP／IP等多种通信协议。

    （7）可接受和输出0～l0V／4～20mA工业标准信号。

    （8）直接内置PID调节器，可开闭环运行。

    3高压变频器调速系统原理

    3.1系统结构

    HARSVERT-A系列高压变频调速系统结构见图1，由移相变压器、功率单元和控制器组成。6000V有15（或21）个功率单元，每5（或7）个功率单元串联构成一相。

    图1高压变频调速系统结构图

    3.2功率单元结构

    每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其电路结构见图2，为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥。

    图2功率单元电路结构        

    3.3输出侧结构

    输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图3所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于设备改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

    当某一个单元出现故障时，通过使图2中的继电器K闭合，可将此单元旁路出系统而不影响其他单元的运行，变频器可持续降额运行，如此可减少很多场合下停机造成的损失。

    图3高压变频调速系统输出的相电压阶梯PWM波形

    4设备运行特点

    干熄焦循环风机变频的投运调试过程顺利，投运一次成功。该变频技术成熟，性能良好，优点主要体现在：

    （1）运行稳定，安全可靠。设备自投运以来，一直运行正常，没出现过故障，并具有免维护的特点，只需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信技术，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。尽管厂区内电网电压波动频繁（电压波动范围为5.7～6.3kV），变频器运行仍稳定正常。

    （5）节能效果显著。根据现场实际运行工况，排焦量在140t/h左右时，系统所需风量约为额定风量的30%，此时变频器的运行频率为40Hz。

    参考文献

    [1]潘立慧,魏松波,等.干熄焦技术[M].北京:冶金工业出版社,2005

    [2]李运娥,申凌云,樊震宇,等.变频调速在电机控制中的应用[J].冶金动力,2008,6:4～6