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1引言
　　變頻調速技術(shù)以其卓越的調速性能、顯著(zhù)的節電效果，改善設備的運行工況，提高系統的安全可靠性，延長(cháng)設備使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，成為現代電力傳動(dòng)技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。而通過(guò)調節風(fēng)門(mén)、擋板開(kāi)度的大小來(lái)調整受控對象的方法，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗。隨著(zhù)當今社會(huì )市場(chǎng)競爭不斷加劇，采用變頻調速技術(shù)對這類(lèi)負載進(jìn)行改造，成為社會(huì )的潮流。
2 改造現場(chǎng)設備
　　吉林建龍集團煉鐵廠(chǎng)1#、2#高爐分別有2個(gè)助燃風(fēng)機，風(fēng)機型號為：SFG17.5F-C5A，配備電機YKK500-4，800kW/10kV。風(fēng)機改造前使用高壓柜直接啟動(dòng)，電機采用工頻運行，通過(guò)調節風(fēng)機進(jìn)風(fēng)閥開(kāi)度和放散閥開(kāi)度滿(mǎn)足工藝要求，風(fēng)機進(jìn)風(fēng)閥開(kāi)度在40%～60%，電機電流28～36A，大量的能量都被消耗在風(fēng)門(mén)擋板上了，風(fēng)機運行噪聲大，電機低負載率，功率因數低。助燃風(fēng)機送風(fēng)壓力不穩，影響了熱風(fēng)爐正常燒爐送風(fēng)。因此助燃風(fēng)機的改造勢在必行。2012年技改項目中，熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機應用變頻調速技術(shù)進(jìn)行改造，取得了明顯效果。
　　1#、2#高爐助燃風(fēng)機型號相同，其設備參數如表1所示。

3助燃風(fēng)機變頻節能原理
　　煉鐵廠(chǎng)高爐助燃風(fēng)機的作用是抽取大氣中的空氣，引入熱風(fēng)爐中為其助燃燒爐，是保證高爐正常生產(chǎn)的重要設備。助燃風(fēng)機通常情況下根據生產(chǎn)需要對風(fēng)量、空氣溫度、熱風(fēng)放散量等指標進(jìn)行控制調節以適應工藝要求和運行工況。常用的控制手段是調節風(fēng)門(mén)、擋板開(kāi)度的大小來(lái)調整受控對象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機都全速運轉，而運行工況的變化則使得能量以風(fēng)門(mén)、擋板的節流損失和熱風(fēng)放散損失掉了。在生產(chǎn)過(guò)程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗。從而導致生產(chǎn)成本增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修費用居高不下。
　　變頻調速技術(shù)的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數）；變頻器通過(guò)改變電動(dòng)機工作電源頻率f達到改變電機轉速的目的。
　　異步電動(dòng)機變頻調速具有調速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，目前變頻調速已成為異步電動(dòng)機較為主要的調速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應用。
　　根據流體力學(xué)相似定律： Q1/Q2＝n1/n2 輸出風(fēng)量Q與轉速n成正比；
　　H1/H2＝（n1/n2）2 輸出壓力H與轉速n2正比；
　　P1/P2＝（n1/n2）3輸出軸功率P與轉速n3正比。
　　當風(fēng)機風(fēng)量需要改變時(shí)，如調節風(fēng)門(mén)的開(kāi)度，則會(huì )使大量電能白白消耗在擋板上。如采用變頻調速調節風(fēng)量，可使軸功率隨風(fēng)量的減小大幅度下降。可見(jiàn)，通過(guò)變頻對風(fēng)機進(jìn)行控制，不但節能而且大大提高了設備運行性能。以上公式為變頻節能提供了充分的理論依據。
4風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻器技術(shù)特點(diǎn)
　　風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機。具體來(lái)說(shuō)，風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點(diǎn)：
（1）采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準。
（2）飛車(chē)啟動(dòng)功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動(dòng)。
（3）完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)。現在的高壓變頻調速系統一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機轉至工頻運行，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，適應于無(wú)備用裝置或不重要的運行工況，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉換至工頻運行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜，不僅可實(shí)現變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉換至工頻運行狀態(tài)，還可實(shí)現在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻運行的功能，整個(gè)轉換過(guò)程不會(huì )對用戶(hù)設備的運行造成任何影響。
（4）旋轉中再啟動(dòng)功能。運行過(guò)程中高壓瞬時(shí)掉電3s內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動(dòng)運行到掉電前的頻率。
（5）線(xiàn)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(xiàn)電壓平衡，傳統的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線(xiàn)電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)調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(xiàn)電壓均衡輸出。
（6）單元直流電壓檢測：實(shí)時(shí)顯示檢測系統的直流電壓，從而實(shí)現輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統控制性能，并可使保證運行維護人員實(shí)現對功率單元運行狀況的全面把握。
（7）單元內電解電容因采取了公司專(zhuān)利技術(shù)，可以將其使用壽命提高1倍。
（8）散熱結構設計合理，單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結構，IGBT承受的電壓較低，可以有較寬的過(guò)壓范圍（≥1.15Ue），設備可靠性更高。
（9）具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設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功能，將會(huì )導致重大事故。變頻器在發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發(fā)生。
（10）限流功能：當變頻器輸出電流超過(guò)設定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過(guò)程中或因負載突然變化而引起的過(guò)流保護，最大限度減少停機次數。
（11）故障自復位功能：當變頻器由于負載突變造成單元或是整機過(guò)電流保護時(shí)，可自動(dòng)復位，繼續運行。
5改造方案
　　熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機目前的控制方式主要根據熱風(fēng)爐助燃風(fēng)量的需求，通過(guò)高壓變頻器實(shí)時(shí)調整風(fēng)機電機頻率來(lái)實(shí)現調節風(fēng)機運行工況。采用變頻器后保持進(jìn)風(fēng)閥全開(kāi)，根據生產(chǎn)需要人工操作調節風(fēng)機轉速。系統可隨時(shí)隨意改變送風(fēng)量以適應變化，保持風(fēng)機的正常經(jīng)濟運行。
　　通過(guò)目前已有的DCS系統調節變頻器頻率轉速來(lái)調節助燃風(fēng)機風(fēng)量。利用DCS對變頻器進(jìn)行啟動(dòng)、停機、調速等控制，并可在DCS上顯示變頻器的運行數據和當前狀態(tài)，實(shí)時(shí)監控系統運行。操作方面，有遠程控制和本地控制兩種控制的方式，這兩種控制方式可提高系統的安全性能。變頻器包括一臺內置的PLC，用于柜體內開(kāi)關(guān)信號的邏輯處理，以及與現場(chǎng)各種操作信號和狀態(tài)信號（如RS485）的協(xié)調，并且可以根據用戶(hù)的需要擴展控制開(kāi)關(guān)量，增強了系統的靈活性。利用高壓變頻器根據實(shí)際需要對助燃風(fēng)機進(jìn)行變頻運行，既保證和改善了工藝，又達到節能降耗的目的和效果。
　　此外，為了保證系統的可靠性，助燃風(fēng)機引風(fēng)機現有的控制設備和運行方式仍將保留，控制回路上設計工頻/變頻運行切換選擇，工/變頻選擇由人工切換操作，實(shí)現助燃風(fēng)機在工頻或變頻運行。
6變頻改造主回路
　　煉鐵廠(chǎng)1#、2#高爐熱風(fēng)爐4臺助燃風(fēng)機選用風(fēng)光JD-BP38-800F高壓變頻器2臺，變頻器配置手動(dòng)旁路柜，用于變頻/工頻切換。采用“一拖二”變頻控制。
　　1#高爐熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機2臺，采用一用一備。變頻改造采用2臺助燃風(fēng)機共用一套高壓變頻器，2#高爐熱風(fēng)爐2臺助燃風(fēng)機共用一套高壓變頻器。以1#高爐2臺助燃風(fēng)機為例說(shuō)明控制過(guò)程。其一次系統接線(xiàn)圖路如圖1所示，通過(guò)切換高壓隔離開(kāi)關(guān)把高壓變頻器切換到要運行的風(fēng)機上去。如圖所示高壓變頻器可以拖動(dòng)1#風(fēng)機電動(dòng)機實(shí)現變頻運行，也可以通過(guò)切換拖動(dòng)2#風(fēng)機電動(dòng)機實(shí)現變頻運行。1#、2#風(fēng)機電動(dòng)機均具備工頻旁路功能。

　　QF1和QF2分別為1#和2#助燃風(fēng)機電源高壓斷路器；
　　QS11和QS21分別為1#、2#助燃風(fēng)機電源高壓隔離開(kāi)關(guān)；
　　QS12、QS22、QS13、QS23為變頻器旁路開(kāi)關(guān)柜高壓隔離開(kāi)關(guān)；
　　變頻器為風(fēng)光JD-BP38-800F高壓變頻器。
　　高壓變頻器控制電機為一拖二控制，旁路開(kāi)關(guān)柜用于工/變頻切換。QS11和QS21為2個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)，變頻器運行時(shí)，要求QS11或QS21閉合。QS11、QS12閉合，QS21、QS22斷開(kāi)，QS13斷開(kāi)，1#風(fēng)機變頻運行；QS12斷開(kāi)，QS13閉合1#風(fēng)機工頻運行；QS21、QS22閉合，QS11、QS12斷開(kāi)，QS23斷開(kāi)，2#風(fēng)機變頻運行；QS22斷開(kāi)，QS23閉合，2#風(fēng)機工頻運行；其中，QS12與QS13、QS22電氣互鎖，QS22與QS23、QS12電氣互鎖；QS11、QS21電氣互鎖；將控制柜“遠控/本控”開(kāi)關(guān)打至“遠控”位置，將相應風(fēng)機斷路器“就地/遠方”開(kāi)關(guān)打至“遠方”位置，可實(shí)現風(fēng)機的遠控操作。
7改造節能效果
　　熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機變頻改造后，兩套高壓變頻器2012年11月份一次性投入生產(chǎn)，至今運行正常。經(jīng)過(guò)廠(chǎng)節能服務(wù)中心測試，系統達到了預期的效果。風(fēng)機設備實(shí)現了軟起動(dòng)，電機電流有明顯下降，降低了風(fēng)機運行噪聲，改善了設備的運行工況。
　　1#高爐助燃風(fēng)機供3臺熱風(fēng)爐送風(fēng)，采用一用一備。2#高爐狀況與1#高爐相同。根據高爐工藝要求，3座熱風(fēng)爐采用兩燒一送，約2小時(shí)換爐一次，風(fēng)門(mén)開(kāi)度60%，換爐操作時(shí)間約10min，雙燒時(shí)間約占80%，單燒時(shí)間約占20%，工頻雙燒時(shí)，電機電流36A，風(fēng)機消耗功率為511kW；單燒時(shí)，電機電流28A，風(fēng)機消耗功率為392kW，大量剩余空氣排空，浪費嚴重。
　　工頻每小時(shí)消耗功率為：
　　P工=80%×511kW+20%×392kW=408.8 kW +78.4 kW =487.2kW。
　　改造后，兩座熱風(fēng)爐同時(shí)燒爐時(shí)與單座熱風(fēng)爐燒爐時(shí)，助燃風(fēng)機運行數據記錄如表2所示。

　　變頻每小時(shí)消耗功率為：
　　P變=80%×358.9kW+20%×270.8kW=287.12+54.16=341.28kW。
　　每天運行24h，全年運行350d，每度電按0.5元計算，1#高爐助燃風(fēng)機全年節電費用計算如下：
　　（487.2kW-341.28kW）×24h×350d×0.5元/kW·h=612864元。
　　2#高爐與1#高爐運行工況基本相同，2#高爐助燃風(fēng)機節能效果與1#高爐助燃風(fēng)機節能效果相當，這樣一年兩臺風(fēng)機共節約120余萬(wàn)元，節電效果還是非常明顯的。
8結束語(yǔ)
　　經(jīng)過(guò)國內變頻器廠(chǎng)家的不斷努力，國內變頻器產(chǎn)品以其性能良好，性?xún)r(jià)比高，良好的本地化服務(wù)，廣泛應用于各行各業(yè)，并且綜合效益顯著(zhù)，能短期內為用戶(hù)收回投資。隨著(zhù)國家對節能減排工作力度空前加大，變頻調速技術(shù)發(fā)展前景十分廣闊，已迎來(lái)歷史黃金發(fā)展時(shí)期。