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1引言

河北某民營(yíng)企業(yè)是集鋼鐵冶煉、鋼材加工、鋼材貿易為一體的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，該鋼廠(chǎng)200平米燒結機系統中燒結風(fēng)機功率較大，燒結主抽風(fēng)機為4500kW高壓同步機，電機啟動(dòng)依靠水電阻啟動(dòng)，而風(fēng)量調節則是采用風(fēng)門(mén)擋板調節，采用風(fēng)門(mén)擋板調節風(fēng)量存在著(zhù)很大的局限性，主要表現在：

（1）風(fēng)門(mén)擋板調節風(fēng)量改變了風(fēng)道的阻力特性，而電機的輸出功率并沒(méi)有改變，節流損失相當大，電能浪費大。

（2）風(fēng)門(mén)擋板調節風(fēng)量是把風(fēng)量消耗在擋風(fēng)板上，造成擋風(fēng)板前后壓差大，風(fēng)門(mén)易磨損。

（3）風(fēng)機電機全速運行，震動(dòng)大、噪聲大、損耗大、軸承磨損嚴重。

（4）調節精度低、線(xiàn)性度差，動(dòng)態(tài)響應慢。

（5）水電阻只是在電機啟動(dòng)時(shí)起作用，對風(fēng)機調節風(fēng)量來(lái)說(shuō)還是依靠風(fēng)門(mén)調節，電機能耗依然較高，而且水電阻維護量較大。

該廠(chǎng)領(lǐng)導經(jīng)過(guò)多方調研、比較，決定采用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的同步機高壓變頻器JD-BP38-5000F（5000kW/10kV），對其燒結系統主抽風(fēng)機進(jìn)行了變頻改造。

2  設備參數

該廠(chǎng)燒結系統主抽風(fēng)機電機額定電壓10kV，額定功率4500kW，具體參數如表1所示。

根據現場(chǎng)設備參數及工藝為客戶(hù)選配的高壓變頻器JD-BP38-5000F技術(shù)參數如表2所示。

3主回路改造方案

根據現場(chǎng)負載情況，配置由新風(fēng)光公司生產(chǎn)的高壓變頻器JD-BP38-5000F,主回路采用一拖一手動(dòng)旁路方案，如圖1所示。

圖1  主回路方案

變頻運行方式：QF為用戶(hù)側高壓開(kāi)關(guān)柜，其中QS1、QS2、QS3為隔離開(kāi)關(guān), QS1、QS2與QS3之間有電氣互鎖。手動(dòng)旁路柜變頻勵磁柜與變頻器配套提供，電機及用戶(hù)側高壓斷路器QF保留甲方原有設備。

變頻運行時(shí)，QS3斷開(kāi)，變頻勵磁系統可以利用新風(fēng)光同步勵磁控制系統，QS1與QS2閉合，將勵磁刀閘切換到變頻勵磁系統。變頻器上電時(shí)，斷路器QF閉合，新風(fēng)光高壓變頻器啟動(dòng)時(shí)，以電勵磁同步機矢量控制方式拖動(dòng)同步電機啟動(dòng)。

變頻停機時(shí)，從現場(chǎng)向變頻器下達“停機”命令，變頻器驅動(dòng)同步電機減速至完全停機，然后停止輸出電壓電流。最后在現場(chǎng)分斷斷路器QF，由其輔助觸點(diǎn)通知勵磁裝置滅磁，滅磁完成后關(guān)閉勵磁裝置電源。遇到故障時(shí)，變頻器在停止電壓電流輸出的同時(shí)，立即分斷上級斷路器QF，由變頻器主控通知勵磁裝置滅磁，然后投到工頻運行。

工頻運行時(shí)，QS1、QS2斷開(kāi)，將勵磁刀閘切換到工頻勵磁系統；QS3閉合，水阻軟起裝置投入工頻回路，同步電機的啟動(dòng)、運行、停機過(guò)程按照原有邏輯進(jìn)行。

4變頻器與勵磁柜的連線(xiàn)與對調                                             

高壓變頻調速系統與勵磁柜連接關(guān)系如圖2所示。

 圖2 變頻器與勵磁柜連線(xiàn)

變頻器系統輸出給勵磁柜信號：

（1）勵磁電流調節給定（4-20mA模擬量信號）：變頻器給定到勵磁柜，通過(guò)4-20mA電流控制勵磁柜輸出勵磁電流的大小。（注：有的勵磁柜通過(guò)接收增、減勵磁常開(kāi)觸點(diǎn)信號來(lái)控制勵磁電流大小，通常是4-20mA模擬量）

（2）變頻器啟動(dòng)信號（常開(kāi)觸點(diǎn)）：變頻器給到勵磁柜啟動(dòng)信號，勵磁柜開(kāi)始投勵磁。

（3）變頻器故障信號（常開(kāi)觸點(diǎn)）：變頻器在運行過(guò)程中出現故障時(shí)，將故障信號給定到勵磁柜，勵磁系統進(jìn)行停機滅磁。

（4）工頻運行信號（常開(kāi)觸點(diǎn)）：變頻器給到勵磁柜工頻運行信號指示。工頻運行信號有效時(shí)，勵磁柜按照工頻運行的邏輯執行；工頻運行信號無(wú)效時(shí)，即處于變頻運行狀態(tài)，勵磁柜執行變頻運行邏輯。

勵磁柜輸出給變頻器系統信號：

（5）實(shí)測勵磁電流（4-20mA模擬量信號）：勵磁柜向變頻器傳輸實(shí)際輸出的勵磁電流。

（6）勵磁就緒信號（常開(kāi)觸點(diǎn)）：勵磁柜自檢無(wú)故障，具備投勵要求，此時(shí)勵磁柜向變頻器輸出勵磁就緒信號。

（7）勵磁故障信號（常開(kāi)觸點(diǎn)）：勵磁柜本身出現故障，勵磁柜將該信號傳給變頻器。

（8）勵磁啟動(dòng)信號（常開(kāi)觸點(diǎn)）：變頻器給到勵磁柜開(kāi)機信號，勵磁柜執行命令開(kāi)機運行后，反饋給變頻器勵磁啟動(dòng)信號。

根據以上對信號的說(shuō)明，測試常開(kāi)點(diǎn)和常閉點(diǎn)的狀態(tài)。

測試模擬量信號時(shí)，需將勵磁柜上主電，輸出連接到同步電機的轉子上，勵磁柜的主電輸入需要勵磁柜廠(chǎng)家連接，有的廠(chǎng)家勵磁柜輸入需要核實(shí)相序。變頻器處于調試模式，不上主電。變頻器開(kāi)機，在觸摸屏運行界面設定勵磁電流給定，觀(guān)察給定勵磁和勵磁電流的大小是否保持一致。和勵磁柜廠(chǎng)家進(jìn)行溝通，讓勵磁柜廠(chǎng)家調整輸出線(xiàn)性度，讓給定勵磁和勵磁電流的大小保持基本一致，有的廠(chǎng)家的勵磁柜線(xiàn)性度不好，無(wú)法全程調試好，最后需保證在工作范圍內保證一定的線(xiàn)性度，一般為70%-100%勵磁給定范圍內基本一致。一般要求15%以?xún)取?/p>

勵磁調整完畢之后，將變頻器上主電，進(jìn)行空轉電機調試，VF勵磁控制模式，把電壓曲線(xiàn)采用多點(diǎn)V/F的方式，VF數值先按照一般經(jīng)驗設置，開(kāi)機運行觀(guān)察啟動(dòng)電流的變化情況，是否電流存在較大的波動(dòng)。

將界面打開(kāi)到如圖3所示，觀(guān)察D軸電流輸出，數值應該為負數，調整勵磁電流大小，觀(guān)察D軸電流輸出變化，找到D軸電流輸出為負的最小勵磁電流，同步電機參數中最小勵磁不應小于這個(gè)數值。

圖3

變頻器帶載運行調試，VF勵磁控制模式，設為2，恒功率因數調整運行。開(kāi)機運行過(guò)程中，觀(guān)察變頻器的輸出電流變化和勵磁電流的變化。計算變頻器穩定運行后的功率因數是否在設定功率因為的正負5%以?xún)龋热缭O定為0.9范圍。應該為0.85-0.95之間。如果不再這個(gè)范圍，有可能是勵磁電流的范圍小，將勵磁電流的最大勵磁電流和最小勵磁電流數值進(jìn)行適當修正。

5高壓變頻器節能情況

     首先根據負載的特性，采用勵磁電流與輸出電壓同步調節的方式，選擇了適合本電機運行的較優(yōu)勵磁電流、電壓變化曲線(xiàn)，并把該較優(yōu)的勵磁電流曲線(xiàn)直接固化到同步機的勵磁柜上，把電壓曲線(xiàn)采用多點(diǎn)V/F的方式，固化到變頻器的參數中；然后又采用新風(fēng)光高壓變頻器抑制震蕩技術(shù)，有效的解決了負載啟動(dòng)不平穩，容易抖動(dòng)，造成電流震蕩的問(wèn)題，出色的完成了高壓同步電機的啟動(dòng)和穩定運行，該高壓變頻器于2016年1月13日投入生產(chǎn)連續無(wú)故障穩定運行。

根據上表數據計算得知，4500kW燒結風(fēng)機節電率達到27.1%。該套設備平均每年運行300天以上，每天以24小時(shí)計算，電費以0.42元/度計算，年節約費用高達：300*24*（4459.1-3250.6）*0.42=365.4萬(wàn)元。

6 結束語(yǔ)

     新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器在大功率同步電機上的成功投運至今已經(jīng)一年多，標志著(zhù)新風(fēng)光已完全掌握了大功率高壓同步電機的高壓變頻拖動(dòng)過(guò)程的啟停、低頻運行振蕩等難題，具有啟動(dòng)轉矩大，啟動(dòng)平穩，調速精度高，動(dòng)態(tài)響應快，四象限運行等優(yōu)點(diǎn)，該產(chǎn)品大大降低了高壓同步電機變頻改造的成本，為大量高壓同步電機負載節能提供了新的改造途徑。