西門子GH180中壓變頻器在環(huán)境除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

劉照輝

（浙江佳環(huán)工程技術(shù)有限公司，浙江 金華 321000）

0 引言

為了貫徹執(zhí)行《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，按鋼鐵企業(yè)煙氣顆粒物排放限值≤10mg/m3要求。沙鋼原燒三車間新上一臺(tái)75萬風(fēng)量篩分環(huán)境除塵系統(tǒng)用以滿足最新煙塵顆粒物環(huán)保排放指標(biāo)要求[1]。

新建的沙鋼三車間篩分環(huán)境除塵系統(tǒng)，除塵風(fēng)機(jī)為雙吸雙支撐式結(jié)構(gòu)離心引風(fēng)機(jī)，電機(jī)為10kV高壓變頻電機(jī)。通過1800KW除塵風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的吸力，通過各點(diǎn)吸塵罩帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的氣體流動(dòng)。除塵風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，使風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口以前的管道產(chǎn)生負(fù)壓，布置在篩分站落料口附近的吸風(fēng)口將飄浮的粉塵吸入管道，從除塵器進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入除塵器，從而達(dá)到除塵效果。西門子公司主推的GH180完美無諧波變頻器在眾多的進(jìn)口品牌競標(biāo)中，以其優(yōu)異的高功率因數(shù)，運(yùn)行平穩(wěn)、高可靠性，且性價(jià)比高等特點(diǎn)脫穎而出，完全可以滿足在環(huán)保排放要求較高的運(yùn)行場合。

1 GH180主要部件介紹

圖1 變頻器外形圖

GH180變頻器包含左側(cè)變壓器部分、右側(cè)操作屏部分、中間的功率單元部分及頂部的風(fēng)機(jī)部分。

（1）變壓器部分。變壓器部分主要包含了變壓器和擋風(fēng)板。變壓器的原邊繞組采用星形接法，而副邊有多個(gè)繞組，采用延邊三角形接法，輸出電壓為750V，根據(jù)配置的功率單元數(shù)量，形成優(yōu)于48脈沖的電源質(zhì)量。變壓器采用干式變壓器，采用強(qiáng)制空冷，擋風(fēng)板用于引導(dǎo)冷卻風(fēng)穿過繞組。變壓器繞組采用180℃絕緣系統(tǒng)，并配有離線調(diào)節(jié)軸頭，用于適應(yīng)不同的電網(wǎng)輸入電壓，機(jī)柜有+5%和0%兩種抽頭[2]。

（2）操作屏。為方便操作人員對(duì)變頻器進(jìn)行就地設(shè)置及操作，GH180變頻器在控制柜正面配有一塊液晶屏HMI。通過液晶屏HMI輸入不同權(quán)限方便實(shí)現(xiàn)：瀏覽菜單結(jié)構(gòu)、激活控制功能、復(fù)位系統(tǒng)、編輯參數(shù)值等功能。

（3）功率單元。功率單元作為GH180變頻器的重要組成部分，24個(gè)功率單元可產(chǎn)生多電平的PWM輸出波形，每個(gè)功率單元輸入都被配置為一個(gè)6脈沖二極管整流器，端子均通過變壓器的副邊繞組供電。整流器的直流輸出經(jīng)過電容器組的濾波后，提供給輸出側(cè)的單相逆變器，功率單元的輸出端均與每個(gè)相組串聯(lián)。

（4）空冷風(fēng)機(jī)。GH180變頻器均采用強(qiáng)制空冷，變頻柜頂部配置兩臺(tái)空冷風(fēng)機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)采用一用一備方式，當(dāng)變頻器中壓送電后，空冷風(fēng)機(jī)開始運(yùn)行散熱。在切斷中壓電源后繼續(xù)運(yùn)行風(fēng)機(jī)十分鐘，以便散去變頻器的余熱。本項(xiàng)目實(shí)施中為配合將室內(nèi)熱量熱量排出，配備多臺(tái)大功率制冷空調(diào)，以保障變頻器運(yùn)行對(duì)室內(nèi)溫度限值要求[3]。

2 變頻器控制方式

西門子GH180 變頻器控制原理如圖所示，配置的旁路柜額定電壓10kV、額定電流630A，旁路柜內(nèi)安裝3只刀閘，刀閘之間機(jī)械保持，分別隔離變頻器、隔離高壓側(cè)電源、隔離電動(dòng)機(jī)。在變頻運(yùn)行方式下，無故障狀態(tài)時(shí)，變頻器界面顯示控制器就緒，同時(shí)發(fā)出高壓合閘允許信號(hào)，執(zhí)行高壓合閘操作；高壓送上后，在界面觀察變頻器的輸入電壓、電流等是否正常，系統(tǒng)在合上高壓后，發(fā)出系統(tǒng)備妥狀態(tài)信號(hào)。

（1）GH180變頻器的狀態(tài)參數(shù)，按不同情形，主要分以下狀態(tài)。

待機(jī)狀態(tài)：已合高壓，系統(tǒng)正常，具備啟動(dòng)條件，系統(tǒng)發(fā)出備妥信號(hào)，可啟動(dòng)變頻器；

運(yùn)行狀態(tài)：變頻器已啟動(dòng)并運(yùn)行，界面顯示正在運(yùn)行；

停機(jī)狀態(tài)：變頻處于非運(yùn)行狀態(tài)為系統(tǒng)停機(jī)狀態(tài)；

圖2 變頻器回路圖

故障狀態(tài)：系統(tǒng)存在重故障，HMI顯示系統(tǒng)故障及重故障名稱，此種狀態(tài)下高壓無法合閘；須待重故障消除后，按復(fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位后方可合閘；

變頻/工頻旁路狀態(tài)：

旁路柜刀閘QS0及K1、K3合上，K2斷開時(shí)，選擇用變頻器運(yùn)行，系統(tǒng)處于變頻狀態(tài)。

旁路柜刀閘QS0、K2合上，K1及K3斷開時(shí)，選擇用工頻電網(wǎng)運(yùn)行，界面將顯示工頻旁路運(yùn)行狀態(tài)[4]。

（2）變頻器控制電源。除通過開關(guān)柜供給變頻器一路AC380V/20KVA的電源容量外，變頻控制單元柜內(nèi)含有自帶一個(gè)3KVA容量UPS電源，用于保證在控制回路異常供電狀態(tài)點(diǎn)停止變頻器。

（3）高壓上電操作。變頻方式下合上旁路柜刀閘QS0、K1及K3。旁路柜上變頻指示燈亮。在變頻方式下，無故障狀態(tài)時(shí)，變頻器界面顯示控制器就緒，即發(fā)出高壓合閘允許信號(hào)，執(zhí)行高壓合閘操作；

（4）高壓變頻器參數(shù)。

表1 高壓變頻器參數(shù)

（5）自動(dòng)化控制系統(tǒng)。西門子GH180變頻器可以通過硬接線方式和PLC或DCS控制系統(tǒng)相連，也可以通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)控制。根據(jù)本項(xiàng)目采用施耐德PLC控制系統(tǒng)在不增加通訊模塊的情況下，采用硬接線方式連接，具體連接方式：PLC模擬量輸入模塊采集變頻器頻率輸出及電流輸出信號(hào)，模擬量輸出模塊將上位機(jī)或系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)所需的頻率轉(zhuǎn)換為4~20Ma信號(hào)傳送至變頻器輸入卡件。同時(shí)為監(jiān)控變頻器運(yùn)行狀態(tài)，PLC數(shù)字量輸入模塊設(shè)置了變頻器運(yùn)行、備妥、遠(yuǎn)程、重故障、輕故障等DI信號(hào)，并將控制變頻器信號(hào)DO點(diǎn)如啟動(dòng)、停止、復(fù)位、急停等信號(hào)在控制時(shí)傳輸至變頻器。PLC控制系統(tǒng)通過程序設(shè)置變頻器啟動(dòng)及停止保護(hù)，啟動(dòng)允許條件包括：當(dāng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中至少一臺(tái)冷卻水泵及風(fēng)機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，風(fēng)機(jī)各軸承電機(jī)定子各溫度及振動(dòng)不超過報(bào)警值。停止變頻器條件包括風(fēng)機(jī)及電機(jī)軸承溫度達(dá)到調(diào)機(jī)定值及風(fēng)機(jī)電流達(dá)到跳機(jī)定值等。

圖3 變頻器啟動(dòng)保護(hù)控制邏輯

3 運(yùn)行情況經(jīng)濟(jì)效能分析

沙鋼三車間建立了嚴(yán)格的運(yùn)行效能考核制度，對(duì)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況比較重視。篩分除塵風(fēng)機(jī)若采用工頻運(yùn)行:按運(yùn)行頻率50Hz，運(yùn)行電流按額定運(yùn)行電流126A，功率因數(shù)0.85；

運(yùn)行功率為：P=U×I×1.732×cosφ=10×126×1.732×0.85=1855kW

而采用變頻方式運(yùn)行，操作員可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際灰量進(jìn)行風(fēng)機(jī)頻率調(diào)整。根據(jù)現(xiàn)有的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，變頻器單日平均運(yùn)行在40HZ占總時(shí)間的50%，35HZ占總時(shí)間的30%，30HZ占總時(shí)間的20%，從以上數(shù)據(jù)分析計(jì)算故得出平均運(yùn)行頻率為36.5HZ，平均運(yùn)行電流92A；變頻器輸出功率因數(shù)為0.97；

計(jì)算變頻狀態(tài)下運(yùn)行功率為P=U×I×1.732×cosφ= 10×92×1.732×0.97=1546kW；按單日運(yùn)行24小時(shí)，節(jié)約電量為（1855-1546）×24=7416（KWH），年節(jié)約電量為7416×365=2706840（KWH）。按現(xiàn)有工業(yè)用電0.725/KWH，年節(jié)約費(fèi)用約為200萬左右。在當(dāng)前環(huán)保要求及結(jié)合目前設(shè)備運(yùn)行情況，篩分環(huán)境除塵需全年不停機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)約費(fèi)用非常可觀[5]。

4 結(jié)語

通過西門子完美無諧波GH180變頻器在篩分除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，GH180變頻器不僅實(shí)現(xiàn)了業(yè)主對(duì)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電壓降的要求，在調(diào)速性能及運(yùn)行穩(wěn)定性方面也有優(yōu)異表現(xiàn)，而且?guī)砹孙@著的節(jié)能及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果。