2018-03-28
本文以某钢铁厂为例，阐述了该钢铁厂对高炉冲渣水泵利用变频调速技术，对原来始终在工频运行的工况进行改造，同时分析了工艺设计人对整个变频调速系统监控软件的设计。
一、变频调速监控系统总体设计
1、需求分析
高炉冶炼铁水过程中产生大量的熔渣，通常是用大流量的中压水将其降温并冲散，同时输送到水渣池回收，作为炼铁生产的副产品? 目前冲渣电机运行方式为工频运行，只能通过闸板阀门的开和关来调节水的流量和压力，以满足出渣工艺要求。由于电机频繁启动与停机，机组阀门都必须随之频繁地封闭与开启，从而使冲渣泵阀门的使用寿命及运行可靠性大幅度降低，若保持机组不停机器原__I=况运行，就浪费了大量的电能，因此对冲渣泵系统实行节能改造势在必行。
由于直接操纵变频器过于专业化，且存在操纵不方便，直观性差，无法满足埘所需要的参数进行实时监控，所以整个变频调速系统要求采用人机界面友好的上位软件，对变频调速系统进行监视操纵，能监视到当前运行电压、电流、频率和功率；并且能实现基本启停操纵以及对当前运行频率进行调整。
2、整个高压变频调速系统必须满足以下几点要求
1）具有远程上位机监控功能；
2）调速范围大，效率高；
3）具有旁路功能，一旦出现故障．可在较短时间内切换到工频运行。
4）具有逻辑控制能力，可以根据出渣信号自动升降速；
5）满足冲渣泵电机的额定电压，具有高可靠性，长期运行无故障；
由此该钢铁厂决定对2台鼠笼式异步电机从工频运行方式改造为变频调速运行方式。由于高炉生产是不中断的，一般情况下天天出铁12-l5次，在高炉出铁前、后各放1次渣，2次出渣时间间隔约为30min。在此时问内要求冲渣系统的冲渣泵满负荷工作，其余时间冲渣泵只需保持约30％ 水流量防止管道堵塞即可。这就要求在出渣时，变频器能将频率变为50Hz，以保证冲渣泵满负荷丁作；在出渣间隔期，伟创变频器将频率调整为25Hz左右，以维持所需的水流量。
二、伟创无谐波高压变频器
伟创高压变频用具有对电网谐波干扰小，输出波形好，输出不存在谐波从而减少电动机附加发热以及噪声，输进功率因素高等特点，义被称为完美无谐波变频器。实在质为多个串联的PWM电压源型变频器，将若干个独立的低压变频器串联起来，从而实现高压输出。电网电压通过隔离降压后给每个作为功率单元的低压变频器供电。每个低压变频器为交一直一交PWM电压源型逆变器，输出电源为三相电压630V，功率为丁频50Hz，每个低压变频器串联起来，就形成了星形结构，实现变频高压直接输出，给高压电动机供电。3kV输出电压等级的变频器主电路结构如图1所示，每个功率单元分别由输进变压器的1组二次绕组供电，9个功率单元通过光纤联到中心控制系统，按照一定的相位差进行迭加达到所需要的高压。
为了减少输进谐波，在完美无谐波变频器中每个功率单元电源之间以及变压器之间相互尽缘，在变压器绕制时产生一定相位差，以消除每个功率单元引起的谐波电流。以3kV变频器为例，9个二次绕组采用延边三角形，分为3个不同的相位组，互差20°，形成了18脉冲整流的二极管整流电路结构，将失真减少到4％～5％．使低级电流波形近似为正弦波，满足高压电动机对电压和电流失真的要求。
伟创无谐波变频用具有很高的功率因数。由于变频器输进功率因数主要与变频器中间直流环节（电压源型或电流源型）有关。电压源型直流环节为电容，电机需要的无功电流由电容提供，而不需要和电网交换，变频器输进功率因数高，在整个速度范围段内基本保持不变.电流源型直流环节为大电感，电机需要的无功电流还需与电网交换，功率因数较低，且随着电机负载的降低而降低。伟创高压变频器采用的是电压源型逆变器，在低负载的情况下比普通电流源变频用具有优秀的功率因数，输进总功率因数可达到0．95以上。
对变频器进行基本启停操纵和频率调整时，同样要求数据在RS-485总线上遵从传输规则，将用与读取变频器信息的程序段中断，调用写指令，当变频器回应后再恢复中断。
三、监控软件设计
根据现场工况要求，监控程序要能识别1个开关量信号，并根据此信号自动修改2台变频器频率，同时在当前信号下，能对此设定频率进行微调。为了实现这一功能，把前1s开关量信号写进INI文件中并即时比较，当信号改变时，从INI文件中分别读取不同的频率设定值，同时在人机界面上还可以修改此INI文件中2台变频器的不同频率设置值。目前整个冲渣泵变频调速系统已在实际生产中运行，400kW电机工频运行耗电量为396kW．h，变频后的耗电量为179．9kW．h。实际运行结果表明，完美无谐波变频器在该钢铁厂冲渣泵上的应用，大大节省了电能，大量降低了能耗，取得明显的节能效果。整个监控系统大大的简化了操纵职员的使用难度，同时能实时监控变频器和电机运行状态，提声生产效率，给企业带来了可观的经济效益。
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