王新青

(昆明工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,云南安寧 650302)

ALTIVAR 62C28N變頻器在高爐沖渣系統(tǒng)中的應(yīng)用

王新青

(昆明工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,云南安寧 650302)

為適應(yīng)市場經(jīng)濟發(fā)展及利潤的最大化,武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司安寧公司煉鐵廠實施節(jié)能降耗、對標(biāo)挖潛,以提高鐵水的生產(chǎn)能力。煉鐵廠通過對6#高爐沖渣系統(tǒng)采用法國施耐德公司生產(chǎn)的ALTVIVAR 62C28N變頻器的技術(shù)改造后,實現(xiàn)渣漿泵異步電動機的軟起動和可變頻調(diào)速,達到節(jié)能降耗,降低生產(chǎn)成本,提高經(jīng)濟效益的生產(chǎn)要求。本文介紹了ALTIVAR 62C28N變頻器應(yīng)用于昆鋼煉鐵廠6#高爐沖渣系統(tǒng),節(jié)能效果顯著。

沖渣系統(tǒng) 變頻調(diào)速 故障排除 節(jié)能

1　6#高爐沖渣系統(tǒng)的工藝流程及存在問題

1.1工藝流程

6#高爐采用矩形雙出鐵廠布置，設(shè)有3個呈Y形布置的出口，不設(shè)渣口，渣鐵同時從鐵口排出，通過敝渣器渣鐵分離。北出鐵場設(shè)有2個夾角為78°的出鐵口，沖渣時熔渣經(jīng)水淬后直接由渣溝進入渣池過濾;南出鐵場設(shè)有1個出渣口，與北出鐵場2個出鐵口的相鄰夾角均為141°，沖渣時熔渣水淬后進入渣漿罐，由渣漿泵把渣水混合物經(jīng)耐磨輸渣管道抽出到北出鐵場側(cè)的渣溝內(nèi)，再進入濾池過濾。沖渣系統(tǒng)使用底濾法爐渣處理工藝，熔渣在爐前用大量高壓水(渣水比1: 7)冷卻淬化成水渣，經(jīng)渣漿泵、耐磨輸渣管、渣溝進入濾池。過濾的水經(jīng)濾水管網(wǎng)進入熱水池，在用長軸深井泵抽至冷卻塔降溫并儲存于高位水池循環(huán)使用;截留于濾池內(nèi)的水渣用抓斗，膠帶機送入渣倉，外運綜合利用。

1.2存在問題

6#高爐原沖渣系統(tǒng)的主要設(shè)備是上世紀(jì)90年代中期隨高爐一起從盧森堡引進、拆遷來的二手設(shè)備，其渣漿泵調(diào)速系統(tǒng)是由1套AEG公司1979年生產(chǎn)的MONOVERTER 260/100變頻器來控制。因其使用年限過長、元器件老化現(xiàn)象嚴(yán)重，且由于其資料不全，早在1998年6#高爐投產(chǎn)后不久就因其故障頻發(fā)而處于停用檢修狀態(tài)，沖渣時改為旁路直接驅(qū)動方式，導(dǎo)致渣漿泵電動機控制操作不能調(diào)速。另外，沖渣漿泵電動機采用直接啟動方式，因其啟動電流過大，產(chǎn)生的機械沖擊力也較大，從而導(dǎo)致電動機燒壞、聯(lián)軸器齒打滑、斷路器跳閘、接觸器觸點嚴(yán)重?zé)龘p的現(xiàn)象時常發(fā)生，且對電網(wǎng)也造成較大沖擊，已嚴(yán)重地影響周邊用電設(shè)備的正常工作。每次更換電動機、聯(lián)軸器、斷路器、接觸器等設(shè)備都費時費力，不僅增加了車間的備件成本，而且因生產(chǎn)為流水線作業(yè)，任何一道工序出現(xiàn)故障都需要停產(chǎn)處理，導(dǎo)致車間的產(chǎn)量指標(biāo)無法完成。

2　變頻調(diào)速的原理

從三相異步電動機定子每相電壓U1=4.44f1N1φm的公式中可知，磁通 φm是由U1和頻率 f1共同決定的。在電動機定子供電電壓保持不變的情況下，當(dāng) f1降低時，φm將增加，從而引起磁路飽和，定子勵磁電流 Im上升，鐵耗pFe急劇增加，造成電動機功率因數(shù)cosφ1和效率η1的下降，這種情況在電動機實際運行中是不允許的;反之，當(dāng)f1升高時，φm將減小，在同樣的轉(zhuǎn)子電流下電動機輸出轉(zhuǎn)矩下降，電動機的帶負載能力下降。因此，在額定頻率 fN以下變頻調(diào)速時，應(yīng)盡可能地使電動機的 φm保持不變，即采用恒壓—頻比U1/f=常數(shù))從而得到恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速特性。但在 fN以上變頻調(diào)速時，是保持額定電壓UN不變，減小磁通來實現(xiàn)的，屬于近似恒功率的調(diào)速方式。變頻調(diào)速正是基于上述原理，采用交-直-交變流技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電腦控制技術(shù)于一身的高科技技術(shù)。

3　沖渣系統(tǒng)的控制

高爐沖渣工作時間段運行時，正常情況下高爐每天出鐵15爐，每次出爐沖渣約70min，因為渣鐵比重不同，在整個沖渣過程渣量就會有變化。出爐初期(約20min)，因爐渣的比重比鐵水輕，渣流量小;出爐后期(約50min)，隨鐵水的出盡，渣量會逐漸增多。沖渣系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，并由高爐中控室操作。沖渣時上位機設(shè)為自動，渣漿罐發(fā)出高水位(9m)信號，渣漿泵啟動，電動機轉(zhuǎn)速由低速向高速平滑提升;渣漿罐發(fā)出低水位(4m)信號，渣漿泵停機。渣漿罐液位控制采用壓力式水位傳感器，將測量得到的水位高度信號，變換為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號，由電流環(huán)接口送給變頻器計算出當(dāng)前水位與控制水位之間的偏差，通過變頻器內(nèi)置的數(shù)字PID調(diào)節(jié)器改變變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)渣漿泵電動機的轉(zhuǎn)速，進而控制渣漿罐液位的高度。渣漿泵電動機在沖渣初期工作在27-36Hz之間，電動機的轉(zhuǎn)速在980-1200r/min之間調(diào)節(jié);沖渣中后期工作在36-49.5Hz之間，電動機的轉(zhuǎn)速在1200-1450r/min之間調(diào)節(jié)。

4　ALTIVAR 62C28N變頻器應(yīng)用中出現(xiàn)的故障及排除方法

4.1變頻器不啟動,報外部故障

(1)故障原因。渣漿泵房內(nèi)的隔離開關(guān)處于斷開位置或渣漿泵在停用期間，上位機置在停止位置，渣漿罐發(fā)出高水位啟動信號。當(dāng)變頻器未檢測到負載或上位機未置位時，變頻器收到高水位啟動信號，啟動脈沖將在10s后被封鎖，并發(fā)出外部故障信號。

(2)排除方法。按變頻器上的復(fù)位按鈕10s，斷開變頻器的電源1min，再合上電源即可復(fù)位。

表1　在旁路工頻、變頻調(diào)速時各運行頻率下的功率

4.2散熱器溫度高的故障報警

(1)故障原因。散熱板上積灰過厚，周圍環(huán)境溫度過高。水渣電氣室比較靠近爐臺，夏季溫室很高，有時高達40℃以上，且處在灰塵很大的環(huán)境中，變頻器在這種惡劣的工作環(huán)境中，加上室溫高就會出現(xiàn)變頻器散熱板溫度過高故障。

(2)排除方法。定期拆下變頻器外殼，在柜頂開兩個200mm的孔，裝入兩套軸流風(fēng)機，加強排風(fēng)散熱。

4.3變頻器顯示過流故障

(1)故障原因。負載過重或異物進入渣漿泵，卡塞葉輪，使電動機堵轉(zhuǎn)。故障發(fā)生后，變頻器一方面封鎖脈沖輸出，另一方面將故障信息(F1.06)顯示在面板上。

(2)排除方法。需拆泵取出異物，方可對變頻器復(fù)位。

4.4變頻器故障顯示電動機不能高速運行

渣漿泵變頻器曾經(jīng)出現(xiàn)過，變頻器面板顯示正常，但渣漿泵電動機轉(zhuǎn)速調(diào)不到高速運行一直在低速運轉(zhuǎn)，造成渣漿液位過高滿渣。此時變頻器無故障信號顯示，參數(shù)設(shè)置正確，調(diào)速輸入信號(4-20mA)正常。經(jīng)實地排查，其故障發(fā)生是因空氣開關(guān)輸入側(cè)的一相電源接觸不良使渣漿泵電動機通電后缺相運行造成。經(jīng)與設(shè)備廠家咨詢后得知，ALTIVAR 62C28N變頻器采用PWM控制技術(shù)，調(diào)頻的工作在逆變橋完成，所以在低頻段輸入缺相仍可以工作，但因為輸入電壓低，造成輸出電壓低、電動機轉(zhuǎn)速低，頻率上不去;變頻器未報低電壓故障，是因為變頻器的直流電壓下限設(shè)為400V ，即當(dāng)直流電壓降至400V 以下時，變頻器才會發(fā)出低電壓故障信號，當(dāng)有兩相輸入時，直流母線電壓為500×1.2=600V＞400V，所以變頻器未報直流母線低電壓故障。

5　節(jié)能效果

5.1節(jié)電效果明顯

變頻器只要把參數(shù)設(shè)置好，應(yīng)用該裝置面板上的電位器旋鈕就可以從零至額定轉(zhuǎn)速內(nèi)任意調(diào)整，工作人員根據(jù)生產(chǎn)狀況進行實時調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了對設(shè)備的合理利用，節(jié)約了電能。

測量渣漿泵在旁路工頻電壓下運行與變頻調(diào)速時的電壓，電流，功率因數(shù)，通過測量數(shù)據(jù)，根據(jù)P=UIcosφ計算出在旁路工頻、變頻調(diào)速時各運行頻率下的功率，如表1所示。

從表中可知:

(1)渣漿泵36Hz運行和無變頻器運行相比可節(jié)省功率為:

ΔP1=P50-P32=210-65=145kW;

(2)渣漿泵40Hz運行和無變頻器運行相比可節(jié)省功率

ΔP2=P50-P40=210-125=85kW

(3)年節(jié)電量(每年按360天計算)為:

ΔW=360(H1ΔP1+H2ΔP2)

=360×(2.5×145+6.25×85)=321750kW·h

式中，H1—沖渣初期的出爐時間(=7.5×20/60=2.5小時)，H2——沖渣后期的出爐時間(=7.5×50/60=6.25小時)。

(4)直接節(jié)約電價(昆鋼工業(yè)電價0.65元/kW·h)為:

321750×0.65=2091375元

5.2生產(chǎn)成本降低

變頻器技術(shù)較為成熟，發(fā)生故障的機率較低，改造至今，未發(fā)生過一起設(shè)備事故。在原來老設(shè)備的基礎(chǔ)上通過變頻器實現(xiàn)對電動機軟起動控制，在電動機啟動時及運轉(zhuǎn)過程中均無沖擊電流，從而避免了水錘現(xiàn)象，延長了電動機壽命及泵體機械壽命，大大減少渣漿泵故障發(fā)生率，投入運行后，節(jié)約了大量電費、設(shè)備維修保養(yǎng)費，降低了生產(chǎn)成本，為車間高效生產(chǎn)減輕了壓力。

5.3周圍電網(wǎng)及設(shè)備得到保護

由于采用了變頻控制技術(shù)，實現(xiàn)了對電動機的軟啟動與軟停止功能，在啟動與停止過程中實現(xiàn)了施加在電動機上的電壓與電流逐步減小或逐步增大的過程，有效地避免了對電動機啟動過程給供電電網(wǎng)帶來的壓降變化沖擊，減少了電動機啟動過程對供電電網(wǎng)的影響。

6　結(jié)語

沖渣系統(tǒng)變頻改造后，降低了生產(chǎn)成本，控制操作方便，優(yōu)化了渣漿泵的運行狀況和生產(chǎn)工藝，變頻器的加速和減速可根據(jù)工藝要求自動調(diào)節(jié)，控制精度高，能保證生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，有力保證了6#高爐爐前生產(chǎn)作業(yè)在線率，節(jié)能降耗效果明顯，提高了經(jīng)濟效益，大大減少了設(shè)備維護、維修費用。

[1]楊公源.變頻器應(yīng)用實例[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006年.

[2]姜平.變頻調(diào)速運用實踐[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002年.

王新青(1965—),女,河南南陽人,大學(xué)本科,電氣講師,主要從事電氣類專業(yè)課程教學(xué)與電子技術(shù)實驗方面的研究。