【技术前沿】高压变频器在转炉一次除尘风机上的研究与应用
高压变频器具有调速范围广、调速精度高、系统可靠性高等优点，在转炉一次除尘风机系统中得到了广泛的应用。该文对高压变频器的组成、控制方式、性能及在转炉一次除尘风机中的应用情况进行了阐述。
1前言
炼钢转炉一次除尘风机是烟气净化除尘及煤气回收的关键设备。转炉吹炼过程中产生的烟气经汽化冷却烟道、溢流文氏管、可调喉口文氏管、重力除尘器、弯头脱水器，再由一次风机牵引从三通阀、水封逆止阀进入煤气柜实现煤气回收。一旦除尘风机不能正常运行，不但影响生产造成巨大经济损失，还威胁现场人员安全，所以转炉一次除尘风机的正常运行显得尤为重要。
2除尘风机的工艺要求
莱钢银前120t转炉一次除尘采用的是半干法除尘工艺（EC+OG），另有一套干法除尘器作为备用。OG法一次除尘风机采用的是变频控制方式，除尘风机电动机型号为YB710-2，额定功率1600kW，额定电压3000V，额定电流366A，cosϕ=0.89，额定转速2985r/min。
变频器型号为ABBACS1000，额定功率为1800kW，输岀电压0-3300V，输岀电流0-417A，输出频率0-50Hz。生产中风机控制分为两个阶段，首先是加废钢→测温取→样岀渣→出钢→溅渣→等待为风机低速阶段，此时风机转速为650r/min，频率为11Hz。其次是降枪吹炼，转炉熔池反应剧烈，此时为风机高速阶段，转速为2500r/min，频率为42Hz。
利用转炉倾动的角度，来控制风机电动机自动升速和降速。当转炉倾动角度在兑铁位时开始起高速，升速时间为60s，转速2500r/min，高速运行18min左右。当转炉角度不在零位时，风机电动机自动降低转速，降速时间为60s，转速650r/min，低速运行22min左右。同时利用转炉零位对其给定点进行复位。
转炉设置“手动/自动'切换功能，平时可根据生产情况实现手动高速运行，手动高速运行时频率为48Hz转速为2860r/min。
3高压变频器在风机上的节能原理
根据流体力学原理，P（轴功率）=KQ（流量）xH（压力），k为计算常数，流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比。采用变速调节时其效率几乎不变，流量随转速按一次方规律变化。而轴功率按三次方规律变化。
当生产工艺要求调节风量即调节流量时，改变频率调整转速N，故有轴输出功率P按立方比例关系改变P2/P1=(N2/N1)3，即电动机的耗电功率与转速近似成立方比的关系，本系统中高压电动机额定功率为1600kW，额定转速为2985r/min。若降低电动机运行频率，转速是原转速的6/7时（即2560r/min时），其消耗功率大约为1000kW，可节省电能37%；转速是原转速的4/5（即2388r/mm时），其消耗功率大约为820kW，可节省电能48%；所以通过变频调速可节省电能。
4高压变频器的组成及原理
风机电动机控制采用的是ABBACS1000型高压变频器，主要由变压器柜、功率单元柜和控制柜3部分组成。变压器柜内装有干式移相变压器，对输入的3000V高压进行隔离、移相、整流后，输出相互有相位差的低压电，分别接到每一相的功率单元的输入端。功率单元柜共有24个功率单元，分属3相，每相8个功率单元串联。
功率单元实际为单相桥式变频器，由输入变压器的副边绕组供电，整流、滤波后，由IGBT以PWM方法进行控制，输出可变频、变压的交流电。串联叠加后输出0-50Hz，线电压为0-3300V的三相交流电，以驱动交流电动机。控制柜内装有一套主控制器，主控制器根据控制命令、给定信号、运行信息及应答信息进行运行控制，同时进行状态分析、故障诊断等运算，检测出故障后按故障性质进行故障处理，如封锁系统、高压跳闸等，并给出相应故障信号。
5高压变频器的控制方式
（1）本地控制：
变频器的本地操作是通过控制柜柜门上的触摸屏来实现的，触摸屏是高压变频器标准配置的人机界面（简称HMI）。在HMI上可以完成变频器的所有操作，如状态监控、参数设置、趋势曲线、状态预警、运行日志等。
（2）远程控制：
高压变频器的远程控制是通过开关量和模拟量来实现的。PLC输岀启动、停止开关量信号到I/O接口板，数字量输入变频器主控制器，根据接收到的信号控制变频器做出相应的动作。PLC输出的4-20mA信号输送到I/O接口板的模拟量输岀，转换成速度信号后，控制电动机的转速。
6变频器的优势
（1）改善了除尘工艺和除尘效果：
变频器可以平滑地调整一次除尘风机的风量，除尘风机的参数得到改变，提高了运行效率。变频调速装置运行安全可靠，减少了维修时间和维修次数，提高了转炉产量。
（2）变频软启动实现节能：
由于除尘风机是离心式风机，如果采用工频控制，在开始启动时，需要很长的时间，同时电流也非常大，这样容易损坏电动机及控制系统，而且对电网容量要求高，不仅是对电能的浪费，还缩短电动机的使用寿命。而使用变频器，通过改变电源的工作频率，实现对电动机的无级调速，利用变频器的软启动功能使启动电流从零开始逐渐达到正常运行值，实现电动机平稳启动，从而降低启动电流对供电系统的影响，系统电网功率因数由0.89提升到0.96以上，实现了电网节能。
（3）减少了阀门机械和风机叶轮的磨损：
变频器可以使风机比原来额定转速低450-2300r/min，大大减少了风机叶轮的磨损，减少了风机震动。延长了风机的大修周期，节省了检修费用和时间。
7结语
高压变频器在莱钢转炉一次除尘系统投入运行以来，运行稳定可靠，基本不需要维护，既满足煤气回收的要求，又使炉前除尘效果有明显改善，并且系统电网功率因数由0.89提升至0.96以上，实现了电网节能，既降低了电费又降低了设备维护费用。下一步将继续推广这一技术，在铁水预处理风机上实施高压变频器改造。