高压大功率变频器在抚顺新抚钢顶吹转炉生产中的应用
一、背景情况
抚顺新抚钢炼钢二部（即新二炼）厂房始建于85年，89年正式投产，拥有公称15吨氧气顶吹转炉3座（现已扩容至公称20吨），2001年产钢量71万吨，2002年预计产量100万吨，2003年产钢170万吨。
转炉吹炼过程中，炉口会排出大量棕红色的烟气，烟气温度高、含有易燃气体和金属颗粒，按照我国1996年颁布的《大气污染物综合排放标准》（GB16297一1996），对烟气必须冷却、净化，由引风机将其排至烟囱放散或输送到煤气回收系统中备用。新二炼生产采用“三吹三”方式，每个转炉都配有一套除尘系统，除尘系统采用二级文氏管烟尘净化方式，烟道直径Φ1.6m,烟气输送管线820mm，风机型号D700，电机功率440KW/6KV。由于转炉周期性间断吹氧，为满足节能和环保要求,要求风机在整个炼钢工作周期内变速运行，吹氧时高速运行，不吹氧时低速运行。原来采用液力耦合器调速，高速2700r/min（设计2900r/min），低速800r/min。由于液力耦合器技术的局限性，使得：
调速范围在30%～90％之间，转速不稳定；而且，低速800r/min仍然偏高，造成能源浪费，高速运行时，液力耦合器有时丢转，转炉炉口冒烟；
经过10多年的使用，液力耦合器已严重老化，需经常更换轴承，造成转炉停产，不能满足连续生产的需要。
电动机的效率低，损耗大，尤其低速运行时，效率极低；
调节精度低、线性度差，响应慢；
启动电流仍比较大，影响电网稳定；
液力耦合器故障时，无法切换至工频旁路运行，必须停机检修；
漏油严重，对环境污染大，地面被油污蚀严重；
鉴于液力耦合器存在上述众多问题，对其进行改造已成当务之急。
2001年底，二炼钢开始扩容改造。为了提高风机的运行效率，解决使用液力耦合器带来的众多问题，新抚钢决定进行变频改造。
二、变频器改造方案
要求变频器要有高可靠性，长期运行无故障。
要求变频器有旁路功能，一旦出现故障，可使电机切换到工频运行。
调速范围要大，效率要高。
具有逻辑控制能力，可以自动按照吹氧周期升降速。
有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘震。
经过多方调研、比较，最后新抚钢同******合作，共同制定了1号转炉除尘风机的变频改造方案，改造方案如下：
1、设备配置
KM：变频器供电的高压真空断路器
KG1、KG2、KG3： 真空接触器
BPQ：HARSVERT-A06/080变频器
DJ： 440KW/6KV异步电动机。
KM为原有高压开关，KG1、KG2、KG3。
DJ为原有异步电机，如果将来扩容到630KW/6KV普通三相异步电机，变频器必须具备驱动能力。
风机高速运行时，如果变频器出现严重故障，应将电机自动切换到工频电网运行，当前吹炼周期结束后，自动断开KG3，检修变频器，变频器检修完毕后，通过复位按钮，自动返回原变频调速状态。如果在低速运行，则立即断开KG3，开始检修。这样，在变频器出现严重故障时，系统能够自动转入工频电网中，负载不用停机，满足现场不能停机的要求。
2、电机及风机参数
电机参数： 风机参数：
型 号： JK134-2 型号：D700-13-2
额定功率： 440KW 进气容积流量：700m3/min(混合煤气)
额定电压： 6KV 压力增加值： 2600mmH2O
额定频率： 50Hz 进气温度： 35℃
额定电流： 50A 主轴转速： 2975rpm
额定功率因数：0.89 轴功率： 370kw
额定效率： 92.5%
额定转速： 2970rpm
3、除尘风机工艺要求
1）吹炼工艺周期
A到B为兑铁加废钢时间。
B到C为风机升速时间，可以调节。
C到D为吹氧时间。
D点风机开始减速。
D到E为倒炉测温取样时间。
E到F为出钢时间。
F到G为溅渣时间。
整个吹炼工艺周期约21分钟，其中高速时间（C到D）12分钟。高速定为45Hz,可以调节；低速定为5Hz,可以调节。
2）变频器和现场接口
在B点，由现场提供一对闭合节点（氮氧转换点），变频器从低速向高速启动。在C点，变频器到达高速后，给现场提供一对闭合节点（高速状态节点），以便现场操作工进行下氧枪工作。在D点，现场向变频器提供另一对闭合节点（风机减速点），变频器开始降速，降速时间不作具体要求，但在减速过程中如果需要提速，变频器应能满足提速要求。
风机转速、氮氧切换节点、氧枪位置节点三者满足如下关系：
现场提供给变频器的两对节点（氮氧转换点、风机减速点）及变频器提供给现场的高速状态节点均为无源节点，具有2A/30VDC或0.8A/230VAC的容量。
3）变频器技术指标
输入电压 三相交流有效值 6.3KV±10％
输入频率 50±5Hz
输出电压 三相正弦波电压0-6KV
输出频率 0-50Hz
频率分辨率 0.01HZ
加速时间 可按工艺要求设定
减速时问 可按工艺要求设定
频率设定方式 高低两级速度，可在0-50Hz范围内调整
故障诊断及检测 自动检测，自动定位
网侧功率因数 0．95（高速时）
过载保护 120％l分种（每10分钟）、150％立即保护
防护等级 IP20
环境温度 0-40℃
环境湿度 90%,无凝结
海拔高度 1000米以下
三、设备运行情况
2001年底我公司向******定购了一台高压变频器，型号为HARSVERT-A06/080，2002年3月14日变频器正式投入使用，我们认为该变频器的生产、安装、调试周期都很短，总共仅有3个多月的时间，为1号转炉按时投产提供了有力的保证。
1、 同原来使用液力耦合器比较，******生产的高压变频器有以下优点：
运行稳定，安全可靠。原来使用液力耦合器大概40天左右就必须更换轴承，每次需停炉半天左右，带来的巨大的经济损失。HARSVERT-A变频器具有免维护的特点，只需定期更换柜门上的通风滤网，不用停机，保证了生产的连续性。
2、节能效果显著，大大降低了吨钢电耗。
3、电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，降低了电机的故障次数。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机长期在共振点运行，使风机工作平稳，风机轴承磨损减少，延长了电机、风机的使用寿命和维修周期，提高了风机的利用时率。
4、变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电机的保护。在变频器调试期间，变频器自动保护，报电机过流。经检查发现电动机有一相线鼻子发生断裂，电机缺相运行，造成过流。我们及时进行了检修，避免了事故的扩大化。
5、变频器同现场信号无缝接口，满足生产的需要。变频器内置PLC，现场信号接入灵活。转炉为变频器提供一对高速、低速节点，变频器按照节点的状态自动高速、低速往复运行；将以前仪表柜中的转炉的烟气流量、烟气温度信号接入变频器，把仪表柜拆除，大大节约了场地。变频器自带转速测定，原来同电机相连的测速器也被取消，由变频器为现场直接提供电机转速指示，
6、适应电网电压波动能力强，有时电网电压高达6.9KV，变频器仍能正常运行。
7、同液力耦合器比较，在加速期间大大减小了噪声，削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承，减少了机油对环境的污染，使风机房的现场环境有了极大改善。
四、节能分析
改造之前，1＃2＃3＃转炉的工况均相同，改造后1＃转炉可以同2＃、3＃转炉作对比，最终以吨钢除尘电耗来分析节能数据。
同液力耦合器比较，吨钢除尘电耗平均减少2.76度/吨；
1＃转炉年产钢量今年预计为35万吨，电价为0.44元/度；
年节电总额为：35万吨×2.76×0.44＝425040元，节电率为39.2%。
同时由于HARSVERT-A变频器的可靠性，避免了原来液力耦合器发生故障时，转炉停炉造成高炉甩铁的情况发生，其经济效益、社会效益也是是巨大的。