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唐山寶泰鋼鐵公司風(fēng)機(jī)高壓變頻技改紀(jì)實(shí)

發(fā)布時(shí)間:2014-04-14 作者:新風(fēng)光

1前言
  唐山新寶泰鋼鐵有限公司始建于2002年8月,2003年投入生產(chǎn),是一家集燒結(jié)、煉鐵、煉鋼以及帶鋼生產(chǎn)、商貿(mào)于一體的民營(yíng)股份制企業(yè)。公司現(xiàn)有員工3600人,公司主體設(shè)備有:92m2步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)三臺(tái);10m3豎爐兩座;450m3高爐三座;50T氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐兩座;石灰窯10座;四機(jī)四流連鑄機(jī)一臺(tái);五機(jī)五流連鑄機(jī)一臺(tái);180萬噸帶鋼生產(chǎn)線一條。2009年產(chǎn)鋼量200萬噸,主要產(chǎn)品為帶鋼,其余鋼坯外銷。
2需要改造的設(shè)備情況
  利用高新技術(shù)來提高企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的管理水平和節(jié)能降耗已是各企業(yè)首選的手段之一。高壓變頻節(jié)能技術(shù)在我國(guó)的已接近世界同行的先進(jìn)水平,并以產(chǎn)品性能穩(wěn)定、服務(wù)及時(shí)、價(jià)格適宜等優(yōu)勢(shì)深受國(guó)內(nèi)企業(yè)接受和應(yīng)用。
  利用變頻器作為風(fēng)量的調(diào)節(jié)最直接的效益就是節(jié)能降耗。采用變頻調(diào)速的主要特點(diǎn)是消除或減少擋板的節(jié)流損失,可自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷匹配,從而達(dá)到較佳的節(jié)能目的。一般情況下生產(chǎn)設(shè)備的節(jié)能可以通過兩種手段實(shí)現(xiàn),一是減少運(yùn)行時(shí)間;二是在滿足運(yùn)行工況的前提下消減輸入功率,顯然第一種方法不適合連續(xù)運(yùn)行的風(fēng)機(jī),那么利用變頻調(diào)速等節(jié)能技術(shù)可以消減輸入功率正合適不需要恒轉(zhuǎn)矩的風(fēng)機(jī)、水泵類的設(shè)備。
  唐山新寶泰鋼鐵有限公司2009年噸鋼煤消耗處于行業(yè)較高能耗水平。為了降低生產(chǎn)成本,廠領(lǐng)導(dǎo)決定對(duì)豎爐電除塵器風(fēng)機(jī)、煉鐵廠出鐵場(chǎng)除塵風(fēng)機(jī)、煉鐵廠礦槽除塵風(fēng)機(jī)、3#爐噴煤主排風(fēng)機(jī)、煉鋼廠轉(zhuǎn)爐二次除塵風(fēng)機(jī)加裝高壓變頻系統(tǒng)及輔助節(jié)能設(shè)備。需改造的設(shè)備參數(shù)如下:
  燒結(jié)廠:1#10m2豎爐HEP80-3電除塵器風(fēng)機(jī)和2#10m2豎爐HEP80-3電除塵器風(fēng)機(jī),額定功率:500kW/10kV,數(shù)量:2臺(tái)。
  煉鋼廠:轉(zhuǎn)爐二次煙塵BLCM-24-14200布袋除塵器風(fēng)機(jī),額定功率:1600kW/10kV,數(shù)量:1臺(tái)。
  煉鐵廠:1#450m3高爐出鐵場(chǎng)BLCM-12-5500m2布袋除塵器風(fēng)機(jī)和3#450m3高爐出鐵場(chǎng)BLCM-12-5500m2布袋除塵器風(fēng)機(jī),額定功率:630kW/10kV,數(shù)量:2臺(tái)。
  1#450m3上料礦槽RMCM-3700布袋除塵器風(fēng)機(jī)和3#450m3上料礦槽RMCM-3700布袋除塵器風(fēng)機(jī),額定功率:500kW/10kV,數(shù)量:2臺(tái)。
  3#爐噴煤主排風(fēng)機(jī),額定功率:450kW/10kV,數(shù)量:1臺(tái)。
  高壓變頻器性能的好壞,將直接影響著風(fēng)機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,因此變頻器的選擇至關(guān)重要。新寶泰鋼鐵公司領(lǐng)導(dǎo)對(duì)除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技改工程改造前,收集了解了國(guó)內(nèi)外變頻器的一些資料,經(jīng)反復(fù)比較,經(jīng)招標(biāo)方式,選定山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38系列8套高壓變頻調(diào)速系統(tǒng),分別是JD-BP38-500F(4套)、JD-BP38-450F(1套)、JD-BP38-1600F(1套)、JD-BP38-630F(2套)對(duì)以上設(shè)備進(jìn)行變頻改造。
3風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)
  山東新風(fēng)光是國(guó)家高新技術(shù)企業(yè),JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心,采用無速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù),其諧波指標(biāo)小于IEE519-1992的諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),輸入功率因數(shù)高,輸出波形質(zhì)量好,不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題,可以使用普通的異步電機(jī)。
  風(fēng)光牌高壓變頻器為高--高電壓源型模式,由移相變壓器,功率單元和控制器組成。前端由一個(gè)多繞組的隔離移相變壓器供電,采用30脈沖以上整流,功率單元每相采用低壓功率單元串接組成,風(fēng)光高壓變頻器采用模塊化設(shè)計(jì),互換性好、維修簡(jiǎn)單。
  風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻器除具有一般普通變頻器的功能外,還具有以下性能特點(diǎn):
(1)采用高速DSP作為中央處理器,運(yùn)算速度更快,讓控制更精準(zhǔn)。
(2)飛車啟動(dòng)功能:能夠識(shí)別電機(jī)的速度及轉(zhuǎn)向并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)電網(wǎng)波動(dòng)大,系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能。從而在電網(wǎng)電壓波動(dòng)超過+15~-35%U0情況下,系統(tǒng)能夠提供有效過、欠壓保護(hù);在電網(wǎng)恢復(fù)正常后,自動(dòng)搜索跟蹤電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向按照設(shè)定曲線恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài),保證設(shè)備安全運(yùn)行不跳閘。為了滿足不同現(xiàn)場(chǎng)對(duì)旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能的需求,系統(tǒng)提供完備的參數(shù)設(shè)定功能,真正適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況要求。
(3)完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù):現(xiàn)在的高壓變頻器一般設(shè)置工頻旁路切換柜,變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行,旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式,手動(dòng)旁路需人工操作,時(shí)間較長(zhǎng),適應(yīng)于無備用裝置或不需要自動(dòng)切換的運(yùn)行工況,自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜,不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài),還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻的功能,整個(gè)轉(zhuǎn)換過程不會(huì)對(duì)用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。
(4)旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能:運(yùn)行過程中高壓瞬時(shí)掉電三十秒鐘內(nèi)恢復(fù),高壓變頻器不停機(jī),高壓恢復(fù)后變頻自動(dòng)運(yùn)行到掉電前的頻率。
(5)掉電3秒不停機(jī)功能。在高壓變頻器高壓失電3秒內(nèi),高壓變頻器自動(dòng)減速繼續(xù)運(yùn)行,3秒內(nèi)恢復(fù)高壓變頻器從最后運(yùn)行頻率開始恢復(fù)運(yùn)行,3秒內(nèi)高壓未恢復(fù)變頻器停機(jī),30秒(可設(shè)置)內(nèi)高壓恢復(fù)變頻器自動(dòng)執(zhí)行飛車啟動(dòng)。
(6)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)(星點(diǎn)漂移技術(shù)):變頻器某相有單元故障后,為了使線電壓平衡,傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相同的電壓,而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角,在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。在運(yùn)行中,如果有任意三個(gè)單元以內(nèi)出現(xiàn)故障,變頻器本身會(huì)自動(dòng)旁路該單元,同時(shí)變頻器主控系統(tǒng)具有星點(diǎn)漂移功能,使三相輸出線電壓保持平衡,不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)造成不利影響。
(7)具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路,此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能,將會(huì)導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出,保護(hù)設(shè)備不受損害,避免事故的發(fā)生。
4設(shè)備改造情況
  變頻器設(shè)備接入用戶側(cè)高壓開關(guān)和擬改造電機(jī)之間,變頻器控制接入原有的DCS系統(tǒng),由DCS系統(tǒng)來完成正常操作。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性,變頻器加裝工頻旁路裝置,可在變頻回路故障時(shí)將電機(jī)切換至工頻狀態(tài)下運(yùn)行,根據(jù)用戶要求切換方式為手動(dòng)切換。
  根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)要求,采用8臺(tái)高壓變頻器分別對(duì)風(fēng)機(jī)一拖一控制,選用高壓變頻器型號(hào)如下表所示。

4.1風(fēng)機(jī)設(shè)備改造變頻選型
  此次唐山寶泰鋼鐵公司風(fēng)機(jī)變頻技改項(xiàng)目選用高壓變頻器如下表1所示。

4.2一次回路及保護(hù)

  風(fēng)光高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由一次回路進(jìn)線柜(旁路柜)、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護(hù)過程中或變頻器出現(xiàn)故障時(shí),將電機(jī)投入到工頻電網(wǎng)運(yùn)行,保證生產(chǎn)不受影響。變頻運(yùn)行時(shí),變頻器為電機(jī)提供全面的保護(hù)。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖1所示。
  DL:用戶高壓真空斷路器
  K1、K2、K3:高壓變頻器內(nèi)置高壓隔離開關(guān)
  BPQ:JD-BP38系列高壓變頻器
  D:高壓異步電動(dòng)機(jī)
  圖1手動(dòng)旁路柜中,共有3個(gè)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(dòng)機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)電磁互鎖。當(dāng)K1、K3閉合,K2斷開時(shí),電機(jī)變頻運(yùn)行;當(dāng)K1、K3斷開,K2閉合時(shí),電機(jī)工頻運(yùn)行,此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來,便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。
  旁路柜必須與上級(jí)高壓斷路器DL連鎖, DL合閘時(shí),絕對(duì)不允許操作旁路隔離開關(guān)與變頻輸出隔離開關(guān),以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象,確保操作人員和設(shè)備的安全。
  故障分閘:將變頻器“高壓分?jǐn)唷毙盘?hào)與旁路柜“變頻投入”信號(hào)串聯(lián)后,并聯(lián)于高壓開關(guān)分閘回路。在變頻投入狀態(tài)下,當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí),分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入;旁路投入狀態(tài)下,變頻器故障分閘無效。
  保護(hù):保持原有對(duì)電機(jī)的保護(hù)及其整定值不變。
4.3對(duì)原設(shè)備液耦處理
  1#出鐵風(fēng)機(jī)、3#出鐵風(fēng)機(jī)、鋼廠二次風(fēng)機(jī)原有設(shè)備裝有液力耦合器。在變頻改造時(shí),對(duì)原液耦處理考慮有兩種方式:一是將原液耦拆除,用連接軸代替液力耦合器,電機(jī)位置不動(dòng);二是將電機(jī)向前移動(dòng),直接與風(fēng)機(jī)相連。在本次改造中,采用第二種方式。
5設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)使用情況
  變頻器于8月30日設(shè)備開始安裝,9月18日至10月2日調(diào)試和上高壓帶電機(jī)調(diào)試,在調(diào)試過程中,故障報(bào)警可靠,連鎖可靠,各種保護(hù)完備,變頻或工頻試運(yùn)行正常。
  用于新寶泰鋼鐵有限公司鋼廠、鐵廠風(fēng)機(jī)的高壓變頻節(jié)能改造項(xiàng)目的8臺(tái)套變頻器,節(jié)電改造后,通過連續(xù)72小時(shí)滿負(fù)荷試運(yùn)行考核,10月2日變頻器全部投入生產(chǎn)運(yùn)行,至今運(yùn)行正常。
  在運(yùn)行期間,高壓變頻器控制精度高,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。工頻、變頻及切換運(yùn)行正常,各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
  安裝在鋼廠、鐵廠的8臺(tái)套的變頻器設(shè)備調(diào)試進(jìn)行了以下內(nèi)容:
 ?。?)變壓器初級(jí)涌流和次級(jí)靜態(tài)電壓測(cè)量;
 ?。?)單元分立測(cè)試;
  (3)變頻器空載測(cè)試;
  (4)變頻器拖動(dòng)電機(jī)空載運(yùn)行;
 ?。?)變頻器拖動(dòng)電機(jī)負(fù)載載運(yùn)行;
  (6)測(cè)試變頻器的功能有:就地控制、軟起動(dòng)、變頻調(diào)速等。
  使用變頻器后,風(fēng)機(jī)電機(jī)消耗功率明顯減小,實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)電機(jī)軟起動(dòng)及無級(jí)調(diào)速。用變頻器起動(dòng)電機(jī),沒有起動(dòng)電流沖擊,避免了對(duì)電機(jī)及電網(wǎng)的沖擊,調(diào)速精度高。降低電機(jī)轉(zhuǎn)速的同時(shí),電機(jī)軸承溫度下降,機(jī)械磨損下降,從而延長(zhǎng)電機(jī)和設(shè)備的使用壽命,降低了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。
  經(jīng)過新寶泰鋼鐵公司能源中心、各分廠測(cè)試和計(jì)量,系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能效果。10月18 日至 11月5日完成改造后的數(shù)據(jù)采集,變頻運(yùn)行計(jì)量10月18 日 至10 月 21日(三天);工頻運(yùn)行計(jì)量 11月 1 日 至 11 月3 日(三天)。風(fēng)機(jī)工頻與變頻運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下表2、表3所示:


  實(shí)施變頻節(jié)電改造后,使8套風(fēng)機(jī)電機(jī)總輸入功率由原來的3410.79kW降至2078.44kW,節(jié)電功率為1332.35kW,節(jié)電率達(dá)39.06%,年可節(jié)電959.29萬kW·h(運(yùn)行時(shí)間按300天/年計(jì)),電費(fèi)按0.56元/kW·h計(jì),年節(jié)約電費(fèi)537.20萬元,節(jié)電效益十分明顯。
6結(jié)束語
  風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器共8臺(tái)套,系統(tǒng)安裝合格,各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)達(dá)到技術(shù)要求,且順利通過現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行,現(xiàn)已投入生產(chǎn)運(yùn)行。項(xiàng)目改造是成功的,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求,具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著國(guó)家“十二五”期間對(duì)節(jié)能減排工作的支持力度空前加大,高壓變頻器正迎來黃金歷史發(fā)展階段。