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炼钢炼铁中应用的中压变频器

2012年04月01日

中压变频器的应用往往处在工艺中非常重要的位置,因此如何让其安全高效地运行成为钢铁企业关注的焦点。

鞍山钢铁集团公司是中国特大型国有企业。目前能够生产 700 多个品种、 25000 多个规格的钢材产品,并通过了ISO9002 质量体系认证,船用钢通过 9 国船级社认证,石油管通过 API 认证。2006 年鞍钢将形成以汽车板、家电板、集装箱板、管线钢、冷轧硅钢等为主导产品的 1600 万t钢精品板材基地。

项目应用背景

鞍钢二炼钢2#转炉一次除尘风机原来采用液力耦合器调速,运行中发现存在如下问题:

● 采用液力耦合器时,在低速向高速运行过程中,延迟性较明显,不能快速响应,同时这时候的电流较大,如整定不好会引起跳闸,影响系统稳定性。
● 液力耦合器本身控制精度差,调速范围窄,通常在40%~90%之间。
● 电机直接起动时,冲击电流较大,影响电网的稳定性。
● 在高速运行时,液力耦合器有丢转现象。
● 液力耦合在调速运行时产生机械损耗和转差损耗,效率较低,造成电能浪费。
● 液力耦合器工作时通过一导管调整工作腔的充液量,从而改变传递扭矩和输出转速来满足工况要求;因此,对工作腔及供油系统需经常维护及检修。液力耦合器经过一段时间使用,维护比较麻烦。
● 液力耦合器出现故障时,无法再用其他方式使其拖动的风机继续运行,必须停机检修。
● 耦合器运行时间稍长,就会严重漏油,对环境污染大,地面也被油严重污蚀。
● 风机和电机的运行噪声大,达到90dB左右,严重影响操作人员的身体健康。

由于液力耦合器自身的技术特点,不能很好地满足生产与节能的要求,公司于2003年底进行了变频改造,系统参数如下:

电动机:Pe=2000kW,Ue= 10000V,Ie=135A,Cos?0.86,n=1486r/min,电机效率Km=0.96;变频器:罗克韦尔自动化PowerFlex7000 18脉冲中压变频器,效率Kv=0.97,Ue= 6000V;液力耦合器:额定功率2000kW;额定输入转速:1500r/min;调速范围:(0.20~0.97)输入转速。方案中保留了电动机的直接起动回路,变频器(6kV)与直接起动(10kV)的转换由电动机的星角转换装置实现。

改造后节能效果

吹炼时,改造前电动机实测平均负荷电流为115A,电机消耗平均功率为1712kW;改造后电动机实测平均电流为100A,电机消耗平均功率为1489kW,减少了223kW。

非吹炼时,在其余生产阶段,风机运行速度为380r/min,改造前电机运行电流为40A,功率为595kW;改造后电流为10A,功率为148.9 kW。

改造后节约电能和电费

生产一炉钢吹炼期间节约电能74.3kW·h,非吹炼期间节约电能148.7 kW·h,节省的电能为223 kW·h。每天生产30炉,每天节约电能为6690 kW·h。每天炼钢的等待时间节省电能1784.4 kW·h。变频改造后一台风机一天节省的电能为8474 kW·h。变频改造后一台风机一年节省的电能为279.6万度,按每度电0.39元计,共节省109万元。

成功经验

由于本项目为改造项目,在进行土建设计过程中,发现变频器的使用空间非常有限。为此,我厂决定将变频器的裂相变压器部分放置在另外的独立间隔,这样不仅节约了设备的占地面积,还大大降低了变频器室的空调压力。由于变压器与变频器之间的动力电缆只有9根,接线就变得简单方便。

在市场调研过程中我们还发现,由于国内外工况的差别,在中压设备的使用中,应格外重视我国国标及相关行业标准的规定,注意与进口设备所采用标准的区别。例如,国内关于变频器的中压隔离变压器有很多指标:冲击耐压、绝缘净距等均要高于NEMA或IEC的要求。为了能够使得中压产品更好地服务于本地的用户,应尽量选择符合国标规定的产品。而且作为国内已经非常成熟的隔离变压器,完全可以考虑国产品牌。不仅能够保证质量,而且可以降低采购成本。

目前的中压变频器市场非常活跃,各国内外品牌竞争十分激烈。作为一种较新的技术,国内很多用户在选择时可能会无从下手。在此,我们根据市场调研及实际使用后的情况,提出自己的一些体会。

● 中压变频器的应用往往处在工艺中非常重要的位置,所以其可靠性应是作为选择设备的首要因素。中压变频器的核心元件为逆变器的功率元器件。目前有些形式的中压功率元器件,如SGCT的平均无故障时间(F.I.T)已经高达100000h。同时,还应考虑元器件的故障模式,尽量选择具备不爆裂、无拉电弧模式的功率元件。

● 所选择设备的结构应力求简单明了,多一个环节,就多一个潜在的故障点。不但设备的可靠性降低,而且维护复杂。

● 设备内部不应含有电解电容这类需要定期更换的部分。尤其在变频器内部,大量谐波发热使得电解电容的寿命大大降低。

● 设备操作界面应友好,有些设备机柜上只保留有一个简单的英文显示条框,这给现场的操作人员带来很多不必要的麻烦。考虑到现场操作人员的实际业务水平,应尽量考虑中文操作界面。

● 考察供应商的实力,尤其是售后服务情况。在有些情况下,设备的故障排除还需要厂家完成,因此在设备订货前,应了解供应商的综合实力,如国内办事处的位置、数量、服务人员素质、是否具有国内备件库等。对于只是由国内代理机构提供的产品,应该多加注意和了解。

● 多了解其他同类用户的使用情况。很多刚刚进入市场的厂家很难在产品质量,尤其是售后服务等方面做到令人满意。

● 设备的采购成本与运行成本应综合考虑,不应片面强调降低设备的采购成本。中压变频器的技术含量较高,其中的差别也很大,应注意其技术指标的差异。如果设备投运后频繁故障,不但得不到预期的收益,反而会增加生产成本。

本次转炉风机变频器改造节能效果与项目实施前测算结果基本吻合,(低速段速度低于测算值)改造非常成功。设备投运至今十分稳定,基本无需任何的日常维护工作。

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