鋒速達通風降溫系統(tǒng)
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廠房降溫設備高壓變頻器在4#除塵風機中的應風機運行中電力和風力
三鋼煉鋼廠原有15t氧氣頂吹轉爐三座，采用“三吹三”方式，轉爐吹煉過程中，爐口會排出大量棕紅色的煙氣，煙氣溫度高、含有易燃氣體和金屬顆粒，按照我國1996年頒布的《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297一1996），對煙氣必須冷卻、凈化，由引風機將其排至煙囪放散或輸送到煤氣回收工程中備用。因此，每座轉爐需配有一套除塵工程，除塵工程采用二級文氏管煙塵凈化方式，煙道直徑Φ1.7m,煙氣輸送管線820mm，風機型號AI850，電機功率630KW/6KV。由于轉爐周期性間斷吹氧，為滿足節(jié)能和環(huán)保要求,要求風機在整個煉鋼工作周期內(nèi)變速運行，吹氧時高速運行，不吹氧時低速運行。2000年初，煉鋼廠對三座轉爐進行擴容改造，將風機移至地面，采用液力偶合器調(diào)速，高速2700r/min（設計2900r/min），低速1200r/min。經(jīng)過一段時間的運行，發(fā)現(xiàn)液力偶合器技術存在著局限性，主要表現(xiàn)在：
1、調(diào)速范圍在30%～90%之間，轉速不穩(wěn)定；而且低速1200r/min仍然偏高，造成能源浪費，高速運行時，液力偶合器有時失速，轉爐爐口冒煙；
2、液力偶合器需經(jīng)常更換軸承，造成轉爐停產(chǎn)，不能滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要。
3、電動機的效率低，損耗大，尤其低速運行時，效率極低；
4、調(diào)節(jié)精度低、線性度差，響應慢；
5、啟動電流仍比較大，影響電網(wǎng)穩(wěn)定；
6、液力偶合器故障時，無法切換至工頻旁路運行，必須停機檢修；
7、漏油嚴重，對環(huán)境污染大，地面被油污蝕嚴重；
鑒于液力偶合器存在上述眾多問題，因此在2001年，煉鋼新上一座30t轉爐時決定不再使用液力偶合器調(diào)速，改用高壓變頻器為新轉爐風機進行調(diào)速。
2、高壓變頻器技術要求及改造方案
除塵風機是除塵凈化工程的動力中樞，一旦除塵風機不能正常運行，不但影響生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟損失，還有可能威脅到現(xiàn)場生產(chǎn)人員的人身安全；另外，調(diào)速工程工作的環(huán)境比較惡劣；同時轉爐又周期性間斷吹氧；所以，和除塵風機配套的高壓調(diào)速工程，要求具有極高的可靠性�；谝陨瞎ぷ魈攸c，對變頻調(diào)速工程的主要要求如下：
1、要求變頻器要有高可靠性，長期運行無故障。
2、要求變頻器有旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可使電機切換到工頻運行。
3、調(diào)速范圍要大，效率要高。
4、具有邏輯控制能力，可以自動按照吹氧周期升降速。
5、有共振點跳轉設置，能使電機避開共振點運行，讓風機不喘震。
經(jīng)過多方調(diào)研、比較，最后決定采用北京利德華福電氣技術有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器，通過雙方技術人員的合作，共同制定了4#轉爐除塵風機的變頻改造方案，改造方案如下：
2.1 設備配置
KM：變頻器供電的高壓真空斷路器
KG1、KG2、KG3：高壓變頻器內(nèi)置真空接觸器，由廠家提供
BPQ：HARSVERT-A06/076變頻器
DJ：630KW/6KV異步電動機。
KM為原有高壓真空開關。
DJ保留原有異步電機
要求可以遠程和本機控制。風機高速運行時，如果變頻器出現(xiàn)嚴重故障，變頻器自動停機。遠程控制時，通過操作臺工頻/變頻旋鈕把電機切換到工頻電網(wǎng)運行，當吹煉周期結束后，檢修變頻器。變頻器檢修完畢后，通過把操作臺工頻/變頻旋鈕打到變頻位置，返回變頻調(diào)速狀態(tài)。本機控制時，通過變頻器控制柜工頻/變頻旋鈕把電機切換到工頻電網(wǎng)運行，當吹煉周期結束后，檢修變頻器。變頻器檢修完畢后，通過把變頻器工頻/變頻旋鈕打到變頻位置，返回變頻調(diào)速狀態(tài)。
2.2 電機及風機參數(shù)
1）電機參數(shù)： 2）風機參數(shù)：
型 號： Y4004-2 型號：AI850
額定功率： 630KW 進氣容積流量：850m3/min(混合煤氣)
額定電壓： 6KV 壓力增加值： 2600mmH2O
額定頻率： 50Hz 進氣溫度： 35℃
額定電流： 73A 主軸轉速： 2975rpm
額定效率： 92.5% 額定功率因數(shù)：0.89
額定轉速： 2970rpm 軸功率： 500kw
2.3 除塵風機工藝要求
1）吹煉工藝周期
A到B為兌鐵加廢鋼時間,約1分鐘。
B到C為風機升速時間，暫定1分鐘，可以調(diào)節(jié)。
C到D為吹氧時間，約14分鐘。
D點風機開始減速，暫定3分鐘，可以調(diào)節(jié)。
D到E為倒爐測溫取樣時間，約2分鐘。
E到F為出鋼時間，約2分鐘。
F到G為濺渣時間，約3分鐘。
整個吹煉工藝周期約26分鐘，其中高速時間（C到D）12分鐘。高速定為45Hz,可以調(diào)節(jié)；低速定為20Hz,可以調(diào)節(jié)。
2）變頻器和現(xiàn)場接口
在B點，將爐前、爐后和氧氣流量信號送到4#爐電磁站PLC電氣站，通過用戶程序處理后，輸出到繼電器，由繼電器提供一對閉合節(jié)點（繼電器吸合時，變頻器高速運轉；繼電器釋放時，變頻器低速運行），當在爐前操作并有氧流量時，繼電器吸合，變頻器開始從低速向高速升速，在C點現(xiàn)場操作工進行吹煉。在D點，準備出鋼，爐前工轉換開關轉到爐后或沒有吹煉的時間超過15分鐘，繼電器釋放，變頻器開始降速，降速時間不作具體要求，但在減速過程中如果需要提速，變頻器應能滿足提速要求。爐前、爐后和氧氣流量信號組合圖PLC程序如下圖所示�！ �
程序控制說明：爐前操作吹煉時，接點M20.1和M2.0通，將置位復位觸發(fā)器RS置位，此時Q20.2有輸出，同時由Q20.2輸出驅動中間繼電器，從而由繼電器接點送給高壓變頻器高低速信號（繼電器通為高速，斷為低速）；當爐前工轉換開關轉到爐后或沒有吹煉的時間超過15分鐘時，T44或T45或M20.2通，置位復位觸發(fā)器RS復位，Q20.2沒有輸出，繼電器釋放，變頻器降速。
3）變頻器技術指標
輸入電壓：三相交流有效值 6.3KV±10%
輸入頻率：50±5Hz
輸出電壓：三相正弦波電壓0-6KV
輸出頻率：0-50Hz
頻率分辨率：0.01HZ
加速時間：可按工藝要求設定
減速時問：可按工藝要求設定
頻率設定方式：高低兩級速度，可在0-50Hz范圍內(nèi)調(diào)整
故障診斷及檢測：自動檢測，自動定位
網(wǎng)側功率因素：0.95（高速時）
過載保護：120%l分鐘（每10分鐘）、150%立即保護
防護等級：IP20
環(huán)境溫度：0-40℃
環(huán)境濕度：90%,無凝結
海拔高度：1000米以下
3、高壓變頻器調(diào)速工程
3.1 監(jiān)控和操作
除塵風機在不吹煉時，只需要很低的轉速，根本不需要滿負荷運轉。利用高壓變頻器根據(jù)實際需要對除塵風機進行變頻運行，既保證和改善了工藝，又達到節(jié)能降耗的目的和效果。
采用高壓變頻調(diào)速工程對除塵風機進行高壓變頻改造具體實現(xiàn)過程如下：變頻器操作可以在本機控制，也可以遠程操作。變頻器包括一臺內(nèi)置的PLC，用于柜體內(nèi)開關信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號(如RS485)的協(xié)調(diào)，并且可以根據(jù)用戶的需要擴展控制開關量，增強了工程的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機或操作臺進行操作，吹煉時（B到D），變頻器高速運行，不吹煉時，變頻器低速運行�？梢愿鶕�(jù)工況需要自由設定，完全可以滿足工藝要求。變頻調(diào)速風機控制工程圖如下：
現(xiàn)場操作人員可以通過上位機或操作臺對變頻器進行遠程操作并監(jiān)控變頻器運行狀態(tài)。
上位機：可以通過上位機進行遠程監(jiān)控，一方面便于用戶隨時了解設備運行情況，另一方面，也利于設備的遠程診斷和維護，故障問題可以及時得到解決。
操作臺：可以通過操作臺對變頻器進行簡單的遠程操作，包括：工頻/變頻切換。
3.2 高壓變頻調(diào)速工程原理
HARSVERT高壓變頻調(diào)速工程采用直接“高-高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓撲結構，主體結構由多組功率模塊串并聯(lián)而成，從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出，它對電網(wǎng)諧波污染小，輸入電流諧波畸變小于4%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置；輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，630kW/6kV變頻工程共有21個功率單元，每7個功率單元串連構成一相。其工程結構和配置圖如圖（a）、（b）：其工程工作原理如下：
（1）功率單元
每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣，二次繞組采用延邊三角形接法，實現(xiàn)多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的。
單元旁路功能：當某個功率模塊發(fā)生故障時自動旁路運行，變頻裝置不停機，但需降額使用，即在每個功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路，當功率單
風力發(fā)電機組需要持續(xù)監(jiān)測的電力參數(shù)包括電網(wǎng)三相電壓、發(fā)電機輸出的三相電流、電網(wǎng)頻率、發(fā)電機功率因數(shù)等。這些參數(shù)無論風力發(fā)電機組是處于并網(wǎng)狀態(tài)還是脫網(wǎng)狀態(tài)都被監(jiān)測，用于判斷風力發(fā)電機組的起動條件、工作狀態(tài)及故障情況，還用于統(tǒng)計風力發(fā)電機組的有功功率、無功功率和總發(fā)電量。此外，還根據(jù)電力參數(shù)，主要是發(fā)電機有功功率和功率因數(shù)來確定補償電容的投入與切出。
1．電壓測量
電壓測量主要檢測以下故障：
(1)電網(wǎng)沖擊 相電壓超過450V 0.2s。
(2)過電壓 相電壓超過433V 50s。
(3)低電壓 相電壓低于329V 50s。
(4)電網(wǎng)電壓跌落 相電壓低于260V 0.1s。
(5)相序故障。
對電壓故障要求反應較快。在主電路中設有過電壓保護，其動作設定值可參考沖擊電壓整定保護值。發(fā)生電壓故障時風力發(fā)電機組必須退出電網(wǎng)，一般采取正常停機，而后根據(jù)情況進行處理。
電壓測量值經(jīng)平均值算法處理后可用于計算機組的功率和發(fā)電量的計算。
2．電流測量
關于電流的故障有：
(1)電流跌落 0.1s內(nèi)一相電流跌落80%�！�
(2)三相不對稱 三相中有一相電流與其他兩相相差過大，相電流相差25%，或在平均電流低于50A時，相電流相差50%�！�
(3)晶閘管故障 軟起動期間，某相電流大于額定電流或者觸發(fā)脈沖發(fā)出后電流連續(xù)0.1s為0。
對電流故障同樣要求反應迅速。通�？刂乒こ處в袃蓚�電流保護即電流短路保護和過電流保護。電流短路保護采用斷路器，動作電流按照發(fā)電機內(nèi)部相間短路電流整定，動作時間。0～0.5s。過電流保護由軟件控制，動作電流按照額定電流的2倍整定，動作時間1～3s。電流測量值經(jīng)平均值算法處理后與電壓、功率因數(shù)合成為有功功率、無功功率及其他電力參數(shù)�！ �
電流是風力發(fā)電機組并網(wǎng)時需要持續(xù)監(jiān)視的參量，如果切人電流小于允許極限，則晶閘管導通角不再增大，當電流開始下降后，導通角逐漸打開直至完全開啟。并網(wǎng)期間，通過電流測量可檢測發(fā)電機或晶閘管的短路及三相電流不平衡信號。如果三相電流不平衡超出允許范圍，控制工程將發(fā)出故障停機指令，風力發(fā)電機組退出電網(wǎng)。
3．頻率
電網(wǎng)頻率被持續(xù)測量。測量值經(jīng)平均值算法處理與電網(wǎng)上、下限頻率進行比較，超出時風力發(fā)電機組退出電網(wǎng)�！�
電網(wǎng)頻率直接影響發(fā)電機的同步轉速，進而影響發(fā)電機的瞬時出力�！ �
4．功率因數(shù)
功率因數(shù)通過分別測量電壓相角和電流相角獲得，經(jīng)過移相補償算法和平均值算法處理后，用于統(tǒng)計發(fā)電機有功功率和無功功率。
由于無功功率導致電網(wǎng)的電流增加，線損增大，且占用工程容量。因而送人電網(wǎng)的功率，感性無功分量越少越好，一般要求功率因數(shù)保持在0.95以上。為此，風力發(fā)電機組使用了電容器補償無功功率�？紤]到風力發(fā)電機組的輸出功率常在大范圍內(nèi)變化，補償電容器一般按不同容量分成若干組，根據(jù)發(fā)電機輸出功率的大小來投入與切出。
這種方式投入補償電容時，可能造成過補償。此時會向電網(wǎng)輸入容性無功。
電容補償并未改變發(fā)電機運行狀況。補償后，發(fā)電機接觸器上電流應大于主接觸器電流。
(二)風力參數(shù)監(jiān)測
1．風速
風速通過機艙外的數(shù)字式風速儀測得。計算機每秒采集一次來自于風速儀的風速數(shù)據(jù)；每10min計算一次平均值，用于判別起動風速(風速 v>3m/s時，起動小發(fā)電機，v>8m/s起動大發(fā)電機)和停機風速(v>25m/s)。安裝在機艙頂上的風速儀處于風輪的下風向，本身并不精確，一般不用來產(chǎn)生功率曲線。
2．風向
風向標安裝在機艙頂部兩側，主要測量風向與機艙中心線的偏差角。一般采用兩個風向標，以便互相校驗，排除可能產(chǎn)生的誤信號�？刂破鞲鶕�(jù)風向信號，起動偏航工程。當兩個風向標不一致時，偏航會自動中斷。當風速低于3m/s時，偏航工程不會起動。
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