摘要：随着高压变频技术的不断应用，钢铁行业大功率除尘系统逐步采用高压变频器技术，降低大功率设备启动电流，减小对电网的冲击，提高电气自动控制水平，达到节能降耗的目标。
关键词：大功率；除尘系统；高压变频；启动电流；节能降耗
前言
在钢铁行业生产过程中不可避免会产生大量灰尘、烟气，如果直接排放到大气中会对环境产生危害，因此必须对这些灰尘、烟气有害物质进行回收过滤处理。为此钢铁行业工艺设备中必不可少的一种设备就是大功率除尘风机，它把炼铁工艺过程中产生的烟气、灰尘吸入到除尘设备中进行处理，再排入大气中。根据钢铁行业工艺，每一个系统烟气、灰尘都会随设备运行情况而不同，因此除尘风机设备并不是要求一直处于较高负荷运行状态，而是根据工艺需求进行调整除尘系统负荷，达到有效除尘的同时节将电能损耗。
一、存在问题
钢铁行业主要的除尘环保设备采用大功率除尘风机，目前除尘风机启动方式分为直接启动、水阻柜降压启动、磁控软启动几种方式。
（1）除尘设备直接启动，时因为瞬时冲击电流大可能导致高压柜跳闸情况，甚至影响供电系统的正常运行。
（2）除尘使用水阻柜降压启动和磁控降压启动，由于水阻柜阻值不合理或磁控软起启动电流过大，可能导致高压柜速断动作。
夏季电力供应紧张，当上级电力公司要求限电时，即使除尘设备出现隐患也不能停机处理，一旦停下来后需要再启动时瞬间启动电流大设备难以启动。
（4）除尘系统平时处于工频状态运行，只有靠调节风门或风道挡板的开度来满足生产工艺对风量的要求，风机机械特性为平方转矩特性。在调节过程中，风机固有特性不变，仅仅靠关小风门或挡板的开度，人为地增加管路的阻力，由此增大管路系统的损失，不利于风机的节能运行。
二、解决方案
采用变频调速控制装置，可以实现启动，通过改变风机的转速，从而改变风机风量以适应生产工艺的需要。风机以调速控制方式运行能耗最省，综合效益最高；除尘风机变频改造后，除尘效果明显，运行方式经济，满足环保要求。
（一）改造方案
1、变频调速系统方案
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方案说明
①由上图可以看出，整个系统由系统电源、高压开关柜、变频系统、远程PLC控制系统组成。
②变频系统←→高压开关柜：高压变频器与高压开关柜之间互为联锁，变频器共有两组信号接入高压开关柜，分别为“高压合闸允许”信号和“高压分闸”信号，其中“高压合闸允许”信号串入高压开关合闸回路，“高压分闸”信号并入高压开关分闸回路。当变频器具备送高压条件时，变频器发出“合闸允许”信号，此时高压开关柜才能够正常合闸；当变频器出现重故障时，变频器发出“高压分闸信号”，此时立即高压开关分断。
③变频系统←→远程PLC控制系统：变频器与PLC之间可以使用硬接线和通讯方式进行监控，可以实现对高压变频器进行远程各种状态查看与控制。
2、变频器主回路方案
自动一拖一方案系统图如下所示：
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方案说明：
①10kV母线电源经变频装置输入接触器KM1到高压变频调速装置，变频装置输出经出线接触器KM2送至电动机；
②10kV电源还可以经旁路接触器KM3直接起动电动机。变频装置的输出接触器KM3和旁路接触器KM1互相闭锁，即KM3和KM1不能同时闭合。
3、运行方式
变频运行时，断开KM3，闭合KM2和KM1；工频运行时，断开KM2和KM1，闭合KM3。
4、切换说明
当变频装置出现故障或者工程检修时，变频器可以断开出线刀闸(或开关)KM3和进线刀闸(或开关)KM2，将变频装置隔离，闭合旁路刀闸(或开关)KM1，使运行风机机组在工频电源下正常运行。
（3）变频实用效果
进行变频改造以后，除了达到节能的目的以外，对除尘风机系统能起到如下效果：
①变频改造后，实现电机软启动，启动电流小于额定电流值，启动更平滑；
②系统效率得到提高，消除了挡板截流损失，取得节能效果；
③由于风机采用转速调节后，工作特性改变，设备工况得到改善，延长设备使用寿命；
④风机改变频后，由于变频装置采用单元串联移相技术，因此在理论上可以消除4/7次以下谐波。由于实际制造工艺的限制，网侧电压谐波总含量可以控制在2％以内，电流谐波总含量小于4％；
⑤变频输出采用PWM技术控制，输出电压波形基本接近正弦波，谐波总含量小于2％，上述指标均满足IEEE519-1992和GB/T14549-93标准要求；
结束语
通过对公司13台大功率除尘风机变频改造，经过几年的运行情况观察，出变频控制优势还具有以下实效：
1、维护量减少。采用变频调速后，可根据工艺条件调整转速提高设备的使用寿命，降低维修费用以及检修时间。变频调速系统可由现场主控进行控制，根据运行工况按设定程序，实现对负载电动机转速自动控制。降低了劳动强度，提高了生产效率。
2、减少了对电网的冲击。采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流远远小于额定电流，启动时间相应延长，对电网无大的冲击，减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命。铁前35kV变电站每次启动风机时不用改变电网现有运行方式，保证电网稳定运行。
3、提高功率因数。电压源型变频器功率因数可达0.96,采用变频调速后，无需无功补偿装置就能提高料场高压室功率因素。不但提高了电气设备的利用率、而且节约了线路能量损失，节约了电费支出。
通过变频技术升级改造，可以使环保设备运行更加可靠同时节约电能消耗。降低公司的生产成本，降低设备的故障率，延长设备的使用寿命，为公司带来较大的经济和环境效益。
4、根据生产工艺所产生的烟气、粉尘量不同，可以通过变频调节除尘风机频率，提供满足除尘系统需求的动力，达到高效除尘，节约电能消耗。
通过改造实际运行情况，采用变频控制，可以根据生产工艺需求，调整风机频率，改变风机的转速，对风量进行精确控制，而且与风门控制相比更直观、方便调节风机风量来满足生产需要，有效增强了除尘效果，运行方式经济（节约电能消耗）；实现电机软启动，不存在启动电流冲击；减少了风机出口压力瞬间提高对风机的冲击，从而延长了风机和其他设备的机械寿命。
论文作者:李新军,马王君
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/12
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