摘 要 通過西門子完美無諧波高壓變頻器應(yīng)用在高壓水除鱗泵的變頻改造上，取得了預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益，減少了維護(hù)工作量，有利于公司節(jié)能減排。

關(guān)鍵詞 高壓變頻；高壓水除鱗系統(tǒng)；節(jié)能

中圖分類號(hào) TM921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)052-0132-02

1 概述

完美無諧波變頻器是西門子公司設(shè)計(jì)的脈寬調(diào)制PWM技術(shù)的高壓變頻器系列，該變頻器技術(shù)是目前業(yè)界最廣泛采用的技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的可變頻的正弦電壓和電流的輸出，將從三個(gè)方面考慮：第一是將很多低壓功率單元串聯(lián)成高壓采用直接高一高變換的方式，第二是多電平串聯(lián)倍壓的技術(shù)方案，第三是提升的PWM控制算法，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

唐山不銹鋼1 580 mm熱軋生產(chǎn)線高壓水除鱗系統(tǒng)目前有除鱗泵主電機(jī)4臺(tái)，電壓6 kV AC，電流387.5 A，功率3 550 kW。根據(jù)工藝要求，生產(chǎn)時(shí)需開三備一，其中兩臺(tái)工作在工頻狀態(tài)下，一臺(tái)工作在變頻狀態(tài)下，軋線上無鋼時(shí)，除鱗泵以20 Hz頻率運(yùn)行；過鋼時(shí)，以50 Hz頻率運(yùn)行。除鱗泵在變頻改造前存在兩方面的問題：一方面，除鱗泵啟動(dòng)時(shí)，機(jī)械沖擊大，造成軸承及傳動(dòng)系統(tǒng)使用壽命的降低，且對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生多次諧波，有時(shí)候會(huì)誤動(dòng)高壓微保；另一方面，在除鱗泵工頻運(yùn)行時(shí)，無法調(diào)速，造成電能的極大浪費(fèi)。為了進(jìn)一步優(yōu)化除鱗泵運(yùn)行工況，節(jié)能降耗，所以對(duì)高壓水除鱗泵進(jìn)行了高壓變頻改造。

2 設(shè)計(jì)方案及調(diào)試過程

2.1 功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器工作原理

這種變頻器采用世界上比較先進(jìn)的技術(shù)，原理是各相將很多低壓功率單元串聯(lián)在一起實(shí)現(xiàn)高壓，每個(gè)功率單元由一個(gè)多繞組的變壓器供電，同時(shí)變壓器還起到了降壓、移相、隔離的作用，可有效消除對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，保護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。輸出側(cè)采用PWM技術(shù)．用微處理器高速計(jì)算來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，為減少干擾用光導(dǎo)纖維隔離驅(qū)動(dòng)，普遍適用于各種高、中、低電壓的電機(jī)。另外，當(dāng)某個(gè)功率單元在出現(xiàn)損壞時(shí)，其余的功率單元可繼續(xù)保持電機(jī)的運(yùn)行，此時(shí)不但保證生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定，同時(shí)也保證了設(shè)備的安全運(yùn)行。此變頻系統(tǒng)另一大優(yōu)勢(shì)就是采用模塊化設(shè)計(jì)，一旦出現(xiàn)事故，可迅速更換故障模塊，減少事故時(shí)間，降低維護(hù)成本。功率單元原理圖如圖1所示。

2.2 設(shè)計(jì)方案

1）變頻器的運(yùn)行根據(jù)生產(chǎn)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)除鱗泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速。變頻啟動(dòng)后，升頻至工頻時(shí)，手動(dòng)切換至工頻旁路運(yùn)行，兩臺(tái)電機(jī)以工頻運(yùn)行，一臺(tái)電機(jī)以20 Hz運(yùn)行。

2）高壓水除鱗系統(tǒng)傳給軋線控制中心準(zhǔn)備就緒信號(hào)和升速完成信號(hào)；同時(shí)軋線控制中心將升速信號(hào)和急停信號(hào)傳給高壓水除鱗系統(tǒng)。軋線控制中心必須在接收到高壓水除鱗泵站控制系統(tǒng)給出的準(zhǔn)備就緒的信號(hào)之后，才能啟動(dòng)噴射閥。

3）變頻器的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)特別是報(bào)警參數(shù)應(yīng)及時(shí)傳送至上位機(jī)的監(jiān)控畫面，以便操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)問題時(shí)，及時(shí)

處理。

4）當(dāng)除鱗泵發(fā)生堵轉(zhuǎn)或過載時(shí)，變頻器具有過載能力以及過流保護(hù)措施。

5）由于高壓變頻器（包含變壓器單元）發(fā)熱量很大，工作時(shí)需要良好的散熱條件。這就要求變頻器周圍環(huán)境既通風(fēng)干燥又要遠(yuǎn)離粉塵。

2.3 變頻器的控制調(diào)試

1）變頻器FEEDBACK試驗(yàn)，保證高壓部分完全隔離，將變頻器設(shè)置為開環(huán)測試模式，查看單元板指示燈，保證每個(gè)功率單元板正常。

2）變頻器帶電機(jī)空載試驗(yàn)，檢查高壓輸入和輸出電纜及控制電纜，控制環(huán)類型設(shè)置為開環(huán)矢量模式，變頻器已準(zhǔn)備好，遠(yuǎn)程啟動(dòng)變頻器，分別將速度給定為50%和100%時(shí)，記錄I/O面板上各點(diǎn)標(biāo)定值，保證功率單元的觸發(fā)角滿足生產(chǎn)需要。

3）變頻器帶載試驗(yàn)（電機(jī)由變頻上切至工頻運(yùn)行），檢查高壓部分和控制系統(tǒng)送電，檢查變頻器參數(shù)設(shè)置，控制環(huán)類型設(shè)置為開環(huán)矢量模式，變頻器已準(zhǔn)備好，遠(yuǎn)程啟動(dòng)變頻器，緩慢升頻至50 Hz，高壓水除鱗系統(tǒng)發(fā)出升頻完成信號(hào)，見圖2所示。軋線控制系統(tǒng)收到此信號(hào)，并在瞬間發(fā)出允許電機(jī)工頻運(yùn)行信號(hào)，變頻器瞬間上切完成，見圖3所示。電機(jī)由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行見圖4所示。

圖2 變頻器升頻完成運(yùn)行時(shí)

由上圖中可以看出，變頻器輸入頻率（Input Frequency）為50.31 Hz，輸出頻率（Output Frequency）為49.65 Hz，變頻器上切請(qǐng)求（UpTransferRequest）為1，變頻器上切允許（UpTransferPermit）為0，也就是說此時(shí)是變頻器升頻完成，請(qǐng)求工頻運(yùn)行的瞬間。

圖3 軋線控制系統(tǒng)發(fā)出允許電機(jī)工頻運(yùn)行信號(hào)的瞬間

由上圖中劃線處可以看出，變頻器輸入頻率（Input Frequency）為50.31 Hz，輸出頻率（Output Frequency）為49.65 Hz，變頻器上切請(qǐng)求（UpTransferRequest）為1，變頻器上切允許（UpTransferPermit）為1，也就是說此時(shí)是軋線控制系統(tǒng)發(fā)出允許電機(jī)工頻運(yùn)行信號(hào)的瞬間。

由圖4可以看出，變頻器輸入頻率（Input Frequency）為

49.17 Hz，輸出頻率（Output Frequency）為0 Hz，變頻器上切請(qǐng)求（UpTransferRequest）為0，變頻器上切允許（UpTransferPermit）為0，也就是說此時(shí)是變頻器上切完成的瞬間。

3 預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益

改造前，三臺(tái)高壓水除鱗泵工頻運(yùn)行，每天耗電量大約為2.4萬度，一個(gè)月按20天計(jì)算，月耗電量約為48萬度，電能耗費(fèi)巨大；改造后，每天耗電量大約為1.5萬度，月耗電量約為30萬度，大大節(jié)約了電能，達(dá)到了預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。另外，水除鱗泵的機(jī)械備件更換周期也相應(yīng)延長，設(shè)備事故率下降，人工維護(hù)成本大大降低。

圖4 變頻器上切完成的瞬間

4 結(jié)束語

西門子高壓變頻器在高壓水除鱗系統(tǒng)中運(yùn)行更加平穩(wěn)，從而降低了設(shè)備故障率，減小了維護(hù)工作量，取得了預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是節(jié)約了大量能源，隨著高壓變頻技術(shù)的普及，這一節(jié)能途徑必將為企業(yè)的節(jié)能降耗發(fā)揮更大的作用。

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