胡 濤

（江西銅業(yè)集團公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424）

江西銅業(yè)集團公司貴溪冶煉廠熔煉車間二系統(tǒng)閃速爐精礦反應(yīng)時將會產(chǎn)生大量的煙塵及熱量，閃速爐排煙排風機是為了保證閃速爐的爐內(nèi)壓力保持在40 Pa左右。閃速爐煙塵通過余熱鍋爐吸收熱量，然后進入沉塵室重力收塵，再經(jīng)過閃速爐電收塵器收塵，最后把煙氣送往至硫酸車間制酸。在上述煙氣流程的送風、排風、收塵系統(tǒng)中，閃速爐排煙風機使得閃速爐、余熱鍋爐以及閃速爐電收塵的煙氣暢通無阻，并形成負壓，避免煙氣逸出影響現(xiàn)場環(huán)境［1］。

熔煉二系統(tǒng)1#閃速爐排煙風機變頻器［2］是上?？七_高壓變頻器從2006年開始投運，迄今已累計運行近10 a。高壓變頻器由主回路和控制回路兩大部分組成，由于主回路的非線性，變頻器本身就是諧波干擾源，所以對電源側(cè)和輸出側(cè)的設(shè)備會產(chǎn)生影響。與主回路相比，變頻器的控制回路卻是小能量、弱信號回路，極易遭受其它裝置產(chǎn)生的干擾，造成變頻器無法工作［3］。功率單元模塊作為高壓變頻器的關(guān)鍵元器件，是存在使用壽命的。在閃速爐正常作業(yè)生產(chǎn)中，一旦因閃速爐高壓變頻器電氣元器件老化引發(fā)重故障停機，會導致整個銅酸系統(tǒng)正常生產(chǎn)中斷，將造成不小的經(jīng)濟損失。

1 改造狀況及原因分析

熔煉二系統(tǒng)閃速爐排煙風機現(xiàn)使用2臺，兩臺排煙風機為30萬t試生產(chǎn)安裝的6 kV高壓風機，采用的為科達變頻控制調(diào)速系統(tǒng)［4～6］。1#閃速爐排煙風機高壓變頻器故障率較高，且性能難以滿足閃速爐日益緊張的作業(yè)。

1#閃速爐排風機變頻器使用科達國產(chǎn)變頻器，在使用中存在以下問題：

1.功率單元從投產(chǎn)到現(xiàn)在已使用了整整8 a，功率單元內(nèi)的電解電容使用壽命已到，需整套更換。每臺功率單元成本為5萬元/臺，共有15個功率單元，成本總計要15×5＝75（萬元）。

2.該套變頻器從50 Hz降速到15 Hz，降速過程要15 min左右，響應(yīng)速度慢，已經(jīng)不能滿足正常生產(chǎn)需求。

3.變頻器在調(diào)速過程中，功率單元本身的電壓調(diào)整也會報出輕故障報警。

4.許多功率單元修復回來，使用一段時間后又會自動退出保護。維修一臺功率單元成本在2萬元左右，維修成本高且質(zhì)量得不到有力保證。

5.科達高壓變頻器部分備件已升級，無法與現(xiàn)場高壓變頻器匹配運行，工控機顯示器界面出現(xiàn)故障報警，無法運行。

6.目前投入工作的2#閃排變頻器有8塊功率單元未維修，2塊返修功率單元，存在損壞風險。1#閃速爐排煙風機高壓變頻器可以作為2#閃速爐備件，例如功率單元模塊、工控一體機等。

因為高壓變頻器是由各種電子電氣元器件組成的系統(tǒng)，受到現(xiàn)場使用環(huán)境等因素影響，不可避免會發(fā)生電氣元器件老化、母線電壓波動等，引發(fā)相關(guān)故障，造成高壓變頻器重故障停機［7］，如圖1、圖2所示。在正常生產(chǎn)過程中，一旦閃速爐排煙風機高壓變頻器發(fā)生重故障停機，將對銅酸系統(tǒng)生產(chǎn)造成嚴重影響。

圖1 變頻器組件壽命

圖2 溫度對變頻器可靠性影響

2 改造技術(shù)方案

高壓變頻器選型采用高壓6 kV電壓等級，使用原有的高壓合閘控制回路和電機。采用6 kV電源—高壓變頻器—電機的控制方式。

2.1 風機及其驅(qū)動電機狀況

改造驅(qū)動電機及其拖動負載具體參數(shù)見表1。

表1 電機相關(guān)參數(shù)

2.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)

變頻技術(shù)改造采用施耐德研制的ATV1200變頻調(diào)速系統(tǒng)，它采用了先進的變頻主電路和控制回路，同時還具備精度高、效率高、節(jié)能效果好、特性硬等優(yōu)點。

改造根據(jù)現(xiàn)場的運行要求，共包含控制柜、變壓器柜、功率單元柜，整套系統(tǒng)適應(yīng)現(xiàn)場感應(yīng)電機驅(qū)動要求，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)組成

2.3 ATV1200高壓變頻系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)點

2.3.1 高效無諧波

ATV1200高壓變頻器采用多脈沖移相整流變壓器技術(shù)，能夠有效降低電源側(cè)的諧波電流，使得諧波含量＜4%，符合IEEE 519-1992標準。能夠滿足電網(wǎng)對諧波的嚴苛要求，也提高了功率因數(shù)，使得功率因數(shù)＞0.96。采用多單元串聯(lián)電平技術(shù)，無需輸出濾波器，輸出電壓波形近似正弦波，滿足長距離惡劣現(xiàn)場環(huán)境高壓電機驅(qū)動，對高壓電纜、電機絕緣無損害［8］。ATV1200變頻器通過改變電機定子的頻率與電壓來實現(xiàn)起動與調(diào)速，具有調(diào)整范圍大、調(diào)速比可達20∶1，起動及制動性能好，自動平滑加減速及快速制動保護性能完善，且能實現(xiàn)故障判斷顯示。

2.3.2 抗電源干擾強

一次電壓輸入側(cè)電壓在90%～110%范圍波動時，系統(tǒng)可以滿負荷運行；一次輸入電源側(cè)電壓低于90%時，系統(tǒng)也可以持續(xù)運行；高壓變頻器同時具備二次電壓監(jiān)測功能，能夠保持穩(wěn)定的輸出，可以實現(xiàn)高壓電機安全穩(wěn)定地運行。

2.3.3 優(yōu)良的可靠性設(shè)計

主回路、控制回路的冗余設(shè)計保證系統(tǒng)的可靠性，SOA（Safe Operation Area）設(shè)計保證各器件的電、熱冗余。新功率半導體件 IGCT，綜合了 GTO和IGBT的優(yōu)點，功率密度大，結(jié)構(gòu)上采用串聯(lián)方式，可靠性高。

2.3.4 友好的人機界面

觸摸液晶面板：運行狀態(tài)顯示、故障指示、歷史記錄、運行/保護參數(shù)設(shè)置、操作人員權(quán)限設(shè)置；RS232接口實現(xiàn)系統(tǒng)與計算機直接連接，方便讀取運行數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、下載定值、軟件升級。

2.3.5 自適應(yīng)啟制動

最優(yōu)的啟動時間控制，根據(jù)預(yù)先設(shè)置和輸出電流的反饋，保證系統(tǒng)在啟動過程中能夠持續(xù)輸出最大能量，最大限度地提高了系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度。優(yōu)化制動時間控制，根據(jù)設(shè)置和現(xiàn)場實際負載情況，最大限度地縮短停機時間。

2.3.6 強大的系統(tǒng)集成能力

GPRS功能實現(xiàn)設(shè)備遠程在線分析、運行數(shù)據(jù)備份、系統(tǒng)升級、故障診斷功能。具備工業(yè)以太網(wǎng)及串行（隔離RS485）接口，適用 MODBUS、PROFIBUS或其它通訊協(xié)議，滿足與 DCS（Distributed Control System）、LCU（Local Control System）、PLC及其它自動化系統(tǒng)的通訊要求，使變頻調(diào)速裝置完全融入到生產(chǎn)過程控制中。

3 改造后效果分析

1#閃速爐排煙風機高壓變頻器改造后，經(jīng)過一年多投入生產(chǎn)運行，1#閃速爐排風機可以使電機從零速到額定轉(zhuǎn)速無級調(diào)速。這樣既滿足工藝要求，又能實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化控制。變頻器輸入整流采用36脈沖，電網(wǎng)諧波滿足IEEE519要求。無速度傳感器的直接轉(zhuǎn)矩控制，不需要對電壓、頻率分別控制的PWM調(diào)制器，沒有固定的斬波頻率，具有很高的速度和轉(zhuǎn)矩控制精度。改造后1#閃速爐排煙風機運行趨勢穩(wěn)定，至今零故障，達到了預(yù)期目標。

閃速爐排煙風機耗能與轉(zhuǎn)速的平方成正比，根據(jù)1#閃速爐排煙風機電機額定轉(zhuǎn)速為990 r/min計算，可節(jié)約大約40%（估算值）的電能。閃速爐排風機控制閃速爐爐內(nèi)壓一般要求風機轉(zhuǎn)速在400～600 r/min之間，電機額定功率為425 kW，功率因數(shù)為0.82，全年運行時間大約8 000 h。全速運行時耗電量：425×0.82×8 000＝2 788 000（kWh）。

采用ATV1200高壓變頻器調(diào)速控制可節(jié)能：2 788 000×0.4＝1 115 200（kWh）。電價按 0.25元/kWh計算，每年可節(jié)約費用：1 115 200×0.25＝278 800（元）。8年可節(jié)約電費：278 800×8＝2 230 400（元），投入的成本早已收回。

4 結(jié) 論

1#閃速爐排風機高壓變頻器改造，可以降低閃速爐排風機的故障率，同時也提高了閃速爐排煙風機響應(yīng)速度，減少因電氣故障對閃速爐作業(yè)率的影響。原有的1#閃速爐排煙風機高壓變頻器電氣元器件可作為2#閃速爐排煙風機高壓變頻器的備件，直接降低了維護、維修備品備件成本，更能適應(yīng)公司三年長周期生產(chǎn)作業(yè)的要求。