ALTIVAR 62C28N變頻器在高爐沖渣系統中的應用

王新青

(昆明工業職業技術學院,云南安寧 650302)

ALTIVAR 62C28N變頻器在高爐沖渣系統中的應用

王新青

(昆明工業職業技術學院,云南安寧 650302)

為適應市場經濟發展及利潤的最大化,武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司安寧公司煉鐵廠實施節能降耗、對標挖潛,以提高鐵水的生產能力。煉鐵廠通過對6#高爐沖渣系統采用法國施耐德公司生產的ALTVIVAR 62C28N變頻器的技術改造后,實現渣漿泵異步電動機的軟起動和可變頻調速,達到節能降耗,降低生產成本,提高經濟效益的生產要求。本文介紹了ALTIVAR 62C28N變頻器應用于昆鋼煉鐵廠6#高爐沖渣系統,節能效果顯著。

沖渣系統 變頻調速 故障排除 節能

1　6#高爐沖渣系統的工藝流程及存在問題

1.1工藝流程

6#高爐采用矩形雙出鐵廠布置，設有3個呈Y形布置的出口，不設渣口，渣鐵同時從鐵口排出，通過敝渣器渣鐵分離。北出鐵場設有2個夾角為78°的出鐵口，沖渣時熔渣經水淬后直接由渣溝進入渣池過濾;南出鐵場設有1個出渣口，與北出鐵場2個出鐵口的相鄰夾角均為141°，沖渣時熔渣水淬后進入渣漿罐，由渣漿泵把渣水混合物經耐磨輸渣管道抽出到北出鐵場側的渣溝內，再進入濾池過濾。沖渣系統使用底濾法爐渣處理工藝，熔渣在爐前用大量高壓水(渣水比1: 7)冷卻淬化成水渣，經渣漿泵、耐磨輸渣管、渣溝進入濾池。過濾的水經濾水管網進入熱水池，在用長軸深井泵抽至冷卻塔降溫并儲存于高位水池循環使用;截留于濾池內的水渣用抓斗，膠帶機送入渣倉，外運綜合利用。

1.2存在問題

6#高爐原沖渣系統的主要設備是上世紀90年代中期隨高爐一起從盧森堡引進、拆遷來的二手設備，其渣漿泵調速系統是由1套AEG公司1979年生產的MONOVERTER 260/100變頻器來控制。因其使用年限過長、元器件老化現象嚴重，且由于其資料不全，早在1998年6#高爐投產后不久就因其故障頻發而處于停用檢修狀態，沖渣時改為旁路直接驅動方式，導致渣漿泵電動機控制操作不能調速。另外，沖渣漿泵電動機采用直接啟動方式，因其啟動電流過大，產生的機械沖擊力也較大，從而導致電動機燒壞、聯軸器齒打滑、斷路器跳閘、接觸器觸點嚴重燒損的現象時常發生，且對電網也造成較大沖擊，已嚴重地影響周邊用電設備的正常工作。每次更換電動機、聯軸器、斷路器、接觸器等設備都費時費力，不僅增加了車間的備件成本，而且因生產為流水線作業，任何一道工序出現故障都需要停產處理，導致車間的產量指標無法完成。

2　變頻調速的原理

從三相異步電動機定子每相電壓U1=4.44f1N1φm的公式中可知，磁通 φm是由U1和頻率 f1共同決定的。在電動機定子供電電壓保持不變的情況下，當 f1降低時，φm將增加，從而引起磁路飽和，定子勵磁電流 Im上升，鐵耗pFe急劇增加，造成電動機功率因數cosφ1和效率η1的下降，這種情況在電動機實際運行中是不允許的;反之，當f1升高時，φm將減小，在同樣的轉子電流下電動機輸出轉矩下降，電動機的帶負載能力下降。因此，在額定頻率 fN以下變頻調速時，應盡可能地使電動機的 φm保持不變，即采用恒壓—頻比U1/f=常數)從而得到恒轉矩的調速特性。但在 fN以上變頻調速時，是保持額定電壓UN不變，減小磁通來實現的，屬于近似恒功率的調速方式。變頻調速正是基于上述原理，采用交-直-交變流技術、電力電子技術、微電腦控制技術于一身的高科技技術。

3　沖渣系統的控制

高爐沖渣工作時間段運行時，正常情況下高爐每天出鐵15爐，每次出爐沖渣約70min，因為渣鐵比重不同，在整個沖渣過程渣量就會有變化。出爐初期(約20min)，因爐渣的比重比鐵水輕，渣流量小;出爐后期(約50min)，隨鐵水的出盡，渣量會逐漸增多。沖渣系統采用閉環控制，并由高爐中控室操作。沖渣時上位機設為自動，渣漿罐發出高水位(9m)信號，渣漿泵啟動，電動機轉速由低速向高速平滑提升;渣漿罐發出低水位(4m)信號，渣漿泵停機。渣漿罐液位控制采用壓力式水位傳感器，將測量得到的水位高度信號，變換為4-20mA標準信號，由電流環接口送給變頻器計算出當前水位與控制水位之間的偏差，通過變頻器內置的數字PID調節器改變變頻器的輸出頻率，調節渣漿泵電動機的轉速，進而控制渣漿罐液位的高度。渣漿泵電動機在沖渣初期工作在27-36Hz之間，電動機的轉速在980-1200r/min之間調節;沖渣中后期工作在36-49.5Hz之間，電動機的轉速在1200-1450r/min之間調節。

4　ALTIVAR 62C28N變頻器應用中出現的故障及排除方法

4.1變頻器不啟動,報外部故障

(1)故障原因。渣漿泵房內的隔離開關處于斷開位置或渣漿泵在停用期間，上位機置在停止位置，渣漿罐發出高水位啟動信號。當變頻器未檢測到負載或上位機未置位時，變頻器收到高水位啟動信號，啟動脈沖將在10s后被封鎖，并發出外部故障信號。

(2)排除方法。按變頻器上的復位按鈕10s，斷開變頻器的電源1min，再合上電源即可復位。

表1　在旁路工頻、變頻調速時各運行頻率下的功率

4.2散熱器溫度高的故障報警

(1)故障原因。散熱板上積灰過厚，周圍環境溫度過高。水渣電氣室比較靠近爐臺，夏季溫室很高，有時高達40℃以上，且處在灰塵很大的環境中，變頻器在這種惡劣的工作環境中，加上室溫高就會出現變頻器散熱板溫度過高故障。

(2)排除方法。定期拆下變頻器外殼，在柜頂開兩個200mm的孔，裝入兩套軸流風機，加強排風散熱。

4.3變頻器顯示過流故障

(1)故障原因。負載過重或異物進入渣漿泵，卡塞葉輪，使電動機堵轉。故障發生后，變頻器一方面封鎖脈沖輸出，另一方面將故障信息(F1.06)顯示在面板上。

(2)排除方法。需拆泵取出異物，方可對變頻器復位。

4.4變頻器故障顯示電動機不能高速運行

渣漿泵變頻器曾經出現過，變頻器面板顯示正常，但渣漿泵電動機轉速調不到高速運行一直在低速運轉，造成渣漿液位過高滿渣。此時變頻器無故障信號顯示，參數設置正確，調速輸入信號(4-20mA)正常。經實地排查，其故障發生是因空氣開關輸入側的一相電源接觸不良使渣漿泵電動機通電后缺相運行造成。經與設備廠家咨詢后得知，ALTIVAR 62C28N變頻器采用PWM控制技術，調頻的工作在逆變橋完成，所以在低頻段輸入缺相仍可以工作，但因為輸入電壓低，造成輸出電壓低、電動機轉速低，頻率上不去;變頻器未報低電壓故障，是因為變頻器的直流電壓下限設為400V ，即當直流電壓降至400V 以下時，變頻器才會發出低電壓故障信號，當有兩相輸入時，直流母線電壓為500×1.2=600V＞400V，所以變頻器未報直流母線低電壓故障。

5　節能效果

5.1節電效果明顯

變頻器只要把參數設置好，應用該裝置面板上的電位器旋鈕就可以從零至額定轉速內任意調整，工作人員根據生產狀況進行實時調節，實現了對設備的合理利用，節約了電能。

測量渣漿泵在旁路工頻電壓下運行與變頻調速時的電壓，電流，功率因數，通過測量數據，根據P=UIcosφ計算出在旁路工頻、變頻調速時各運行頻率下的功率，如表1所示。

從表中可知:

(1)渣漿泵36Hz運行和無變頻器運行相比可節省功率為:

ΔP1=P50-P32=210-65=145kW;

(2)渣漿泵40Hz運行和無變頻器運行相比可節省功率

ΔP2=P50-P40=210-125=85kW

(3)年節電量(每年按360天計算)為:

ΔW=360(H1ΔP1+H2ΔP2)

=360×(2.5×145+6.25×85)=321750kW·h

式中，H1—沖渣初期的出爐時間(=7.5×20/60=2.5小時)，H2——沖渣后期的出爐時間(=7.5×50/60=6.25小時)。

(4)直接節約電價(昆鋼工業電價0.65元/kW·h)為:

321750×0.65=2091375元

5.2生產成本降低

變頻器技術較為成熟，發生故障的機率較低，改造至今，未發生過一起設備事故。在原來老設備的基礎上通過變頻器實現對電動機軟起動控制，在電動機啟動時及運轉過程中均無沖擊電流，從而避免了水錘現象，延長了電動機壽命及泵體機械壽命，大大減少渣漿泵故障發生率，投入運行后，節約了大量電費、設備維修保養費，降低了生產成本，為車間高效生產減輕了壓力。

5.3周圍電網及設備得到保護

由于采用了變頻控制技術，實現了對電動機的軟啟動與軟停止功能，在啟動與停止過程中實現了施加在電動機上的電壓與電流逐步減小或逐步增大的過程，有效地避免了對電動機啟動過程給供電電網帶來的壓降變化沖擊，減少了電動機啟動過程對供電電網的影響。

6　結語

沖渣系統變頻改造后，降低了生產成本，控制操作方便，優化了渣漿泵的運行狀況和生產工藝，變頻器的加速和減速可根據工藝要求自動調節，控制精度高，能保證生產工藝穩定，提高了產品產量和質量，有力保證了6#高爐爐前生產作業在線率，節能降耗效果明顯，提高了經濟效益，大大減少了設備維護、維修費用。

[1]楊公源.變頻器應用實例[M].北京:機械工業出版社,2006年.

[2]姜平.變頻調速運用實踐[M].北京:機械工業出版社,2002年.

王新青(1965—),女,河南南陽人,大學本科,電氣講師,主要從事電氣類專業課程教學與電子技術實驗方面的研究。