1 引言 廣東省韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡稱韶鋼）位于韶關(guān)市南郊，占地面積8320m2。韶鋼是中國500家最大工業(yè)企業(yè)和國家512家重點(diǎn)企業(yè)之一，世界100家大型鋼鐵企業(yè)排行第95位，具有年產(chǎn)鋼160萬噸以上能力。煉鐵廠是韶鋼的一個(gè)主體生產(chǎn)廠，負(fù)責(zé)公司所需鐵水和鐵塊冶煉。煉鐵廠現(xiàn)有6座高爐，總爐容2405m3，年產(chǎn)生鐵230萬噸。 高爐冶煉鐵水過程中產(chǎn)生大量的熔渣，通常是用大流量的中壓水將其降溫并沖散，同時(shí)輸送到水渣池回收，作為煉鐵生產(chǎn)的副產(chǎn)品。高爐生產(chǎn)是不間斷的，一般情況下每天出鐵15次，在高爐出鐵前、后各放一次渣，兩次出渣時(shí)間約30min，在此時(shí)間內(nèi)要求水沖渣系統(tǒng)的水泵滿負(fù)荷工作，其余時(shí)間水泵只需保持約30%水流量防止管道堵塞即可。 原系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，起動前管道進(jìn)出水閥門關(guān)閉，起動后閥門開度約90%，機(jī)組全速運(yùn)行，電網(wǎng)電壓6300V，電機(jī)運(yùn)行電流33A，功率因數(shù)81.6%，耗電功率294kW。不需沖渣水時(shí)通過調(diào)節(jié)閥門在30%來調(diào)節(jié)水流量（此時(shí)電機(jī)電流25A），耗電功率214kW，一方面導(dǎo)致大量的節(jié)能損失，另一方面頻繁操作閥門，致使其使用壽命大大降低，增加了停產(chǎn)更換閥門的時(shí)間，為此我廠決定對4#高爐沖渣泵進(jìn)行改造。 2 系統(tǒng)方案選擇 在選擇調(diào)速方案時(shí)，我們曾從節(jié)省投資出發(fā)考慮過使用調(diào)速型液力偶合器，但由于需將原機(jī)組的混凝土基礎(chǔ)全部打掉重新?lián)v制，工作量大、施工周期長，將影響正常生產(chǎn)，為此決定采用高壓變頻調(diào)速器。 面對當(dāng)今國內(nèi)外的眾多高壓變頻產(chǎn)品，2001年初，我們組織專業(yè)人員對國內(nèi)外高電壓、大功率的變頻器這一新技術(shù)進(jìn)行了全面慎重的考察論證，最后決定采用國產(chǎn)高電壓、大功率變頻調(diào)速裝置，原因如下: （1） 目前國產(chǎn)高壓大功率變頻器已具備和國外產(chǎn)品相抗衡的技術(shù)水平; （2） 更符合中國國情，如:變頻器性能更適合國內(nèi)電網(wǎng)狀況、全中文操作界面等; （3） 產(chǎn)品備件采購方便; （4） 售后服務(wù)及時(shí)、周到 ; （5） 性價(jià)比高于國外同類產(chǎn)品。 通過招標(biāo)形式，我公司選用了國內(nèi)實(shí)力雄厚的成都佳靈電氣制造有限公司生產(chǎn)的JCS-6kV/400kW IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器。 3 佳靈IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器原理及特點(diǎn) 目前，低壓變頻調(diào)速技術(shù)已比較成熟，但在高壓變頻調(diào)速技術(shù)方面，由于變頻器的核心功率器件耐壓有限，所以高壓變頻器并不象低壓變頻器一樣具有簡單統(tǒng)一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生了當(dāng)今各種各樣的結(jié)構(gòu)。 佳靈高壓變頻器由于解決了IGBT直接串聯(lián)這一世界性難題，使其具有和低壓變頻器一樣簡單的結(jié)構(gòu)。該產(chǎn)品成功融入IGBT直接串聯(lián)技術(shù)、正弦波技術(shù)、抗共模電壓技術(shù)和直接速度控制（DSC）技術(shù)，使得產(chǎn)品具有與其它形式（單元串聯(lián)多重化、中心點(diǎn)箝位三電平等）產(chǎn)品無法比擬的優(yōu)越性，該產(chǎn)品已被列為“國家重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目”。 圖1可以看出:該系統(tǒng)由電網(wǎng)高壓直接經(jīng)高壓斷路器進(jìn)入變頻器，經(jīng)過高壓二極管全橋整流、直流平波電抗器和電容濾波，再經(jīng)逆變器逆變，加上正弦波濾波器，簡單易行地實(shí)現(xiàn)高壓變頻輸出，直接供給高壓電動機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)在于: （1） 整個(gè)系統(tǒng)沒有輸入輸出變壓器，體積小重量輕，僅為其他品牌體積的1/2，減少了基建投資，解決了我廠基建空間不足的實(shí)際情況。 （2） 由于該變頻器結(jié)構(gòu)簡單，無變壓器，所以故障點(diǎn)大大減少，整個(gè)系統(tǒng)效率高，額定負(fù)載效率98%以上。 （3） 采用正弦波技術(shù)，大大提高輸出波形質(zhì)量，輸出電壓諧波含量小于3%，特有的共模技術(shù)使整個(gè)系統(tǒng)的共模電壓及輸出du/dt值完全符合MGI的標(biāo)準(zhǔn)，消除了電機(jī)振動現(xiàn)象，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力，不需更換我廠原有的舊電機(jī)，無需降容使用。 （4） 采用用直接速度控制技術(shù)（DSC），響應(yīng)速度高于其它同類產(chǎn)品，轉(zhuǎn)矩脈動小，低速仍能保持平滑靜音運(yùn)行。 （5） 可實(shí)現(xiàn)工頻旁路，檢修方便，而且具有完善的系統(tǒng)保護(hù)功能。 4 改造方案 由電機(jī)轉(zhuǎn)速公式可知 : 　　　 　n=60f×（1-s）/p 其中: s—轉(zhuǎn)差率 n—轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)（r/min） f—電流頻率 p—電機(jī)的極對數(shù) 可見，只要改變電機(jī)的頻率f，就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，高電壓大功率變頻器通過控制IGBT（絕緣柵雙極型電力場效應(yīng)管）的導(dǎo)通和關(guān)斷，使輸出頻率連續(xù)可調(diào)。而且是隨著頻率的變化，輸出電流、電壓、功率都將發(fā)生變化，即負(fù)荷大時(shí)轉(zhuǎn)速大，輸出功率大，負(fù)荷小時(shí)轉(zhuǎn)速小，輸出功率也小。 由流體力學(xué)可知: Q′=Q（n′/n） H′=H（n′/n）2 P′=P（n′/n）3 當(dāng)泵機(jī)低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)節(jié)電為 E=〔1-（n′/n）3〕×P×T（kWh） 式中: n—額定轉(zhuǎn)速 n′—實(shí)際轉(zhuǎn)速 P—額定轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)功率 T—工作時(shí)間 可見，通過變頻改造，沖渣泵流量Q、壓力H及軸功率P都將發(fā)生較大的改變，不但節(jié)能而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。 以上公式為本廠提供了充分理論依據(jù)，我廠根據(jù)沖渣泵的實(shí)際特性對其進(jìn)行了具體改造，沖渣泵在沖渣時(shí)工作在49.5Hz，在不沖渣時(shí)工作在25Hz，考慮到工藝對調(diào)速精度要求不是很高，本系統(tǒng)只采用開環(huán)控制并在高爐值班室操作，需沖渣時(shí)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)一個(gè)“1”的信號，電機(jī)高速運(yùn)行，不需沖渣時(shí)將此信號取消，電機(jī)低速運(yùn)行，取得了很好的節(jié)能效果。 5 改造后的系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況 變頻器到廠后，我廠技術(shù)人員同成都佳靈電氣制造有限公司派出的技術(shù)人員一道，經(jīng)過幾天的安裝，一次性調(diào)試成功。于2001年11月28日開始正式運(yùn)行，現(xiàn)已累計(jì)運(yùn)行18個(gè)月，經(jīng)過反復(fù)多種測試各運(yùn)行參數(shù)一直正常，變頻器質(zhì)量性能良好，安全可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求: （1） 諧波抑制效果良好。電壓諧波含量小于3%，符合IEEE519-1992和GB/T14549-93標(biāo)準(zhǔn)。 （2） 各種保護(hù)功能完善。過流、過壓、欠壓、故障保護(hù)等功能可靠，并且考慮了外部電網(wǎng)的防雷擊等多環(huán)節(jié)保護(hù)功能。 （3） 各種指示功能完備。具有輸入、輸出電流和電壓、運(yùn)行頻率、故障顯示、運(yùn)行狀態(tài)指示等功能。 （4） 操作簡便。同普通的低壓變頻器的功能操作方式相似，功能設(shè)置和調(diào)整簡單方便。 6 節(jié)能量的驗(yàn)證及測試方法 （1） 測量無變頻調(diào)速時(shí)另一臺機(jī)組在工頻電壓下運(yùn)行的電壓、電流、功率因數(shù)。 （2） 測量有變頻調(diào)速時(shí)機(jī)組在49.5Hz頻率電壓下運(yùn)行變頻器輸入端的電壓、電流、功率因數(shù)。 （3） 測量有變頻調(diào)速時(shí)機(jī)組在25Hz頻率電壓下運(yùn)行變頻器輸入端的電壓、電流、功率因數(shù)。 （4） 測量儀表型號為:電壓互感器:JDZJ-6;電壓表:16L1-V;電流互感器:LZZB-10 50/5;電流表:16L1-A;功率因數(shù)鉗型表:HIOI-3266。 通過上述測量參數(shù)，根據(jù)P=1.73U·Icosφ計(jì)算得出P50=294kW、P49.5=214kW、P25=82kW。 7 改造效益 （1） 節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益 機(jī)組49.5Hz運(yùn)行和無變頻器運(yùn)行相比可節(jié)省功率ΔP1=P50-P49.5=80kW 機(jī)組25Hz運(yùn)行和無變頻器運(yùn)行相比可節(jié)省功率ΔP2=214kW-P25=132kW 年節(jié)電量:ΔW=（H1ΔP1+H2ΔP2）=365（7.5×80+16.5×132）=1013970kWh （注:每年按365天計(jì),H1:沖渣時(shí)間=15×30/60=7.5小時(shí);H2:不沖渣時(shí)間=24-7.5=16.5小時(shí)） 經(jīng)濟(jì)效益:ΔW電價(jià)=1013970×0.56=567823元（注:韶鋼廠工業(yè)電價(jià)0.56元/kWh） （2） 節(jié)約維修費(fèi)用 因沖渣水含有大量的爐渣，原系統(tǒng)管道和閥門在含渣水的高速沖刷下，很短時(shí)間內(nèi)管壁就會變薄、閥門密封損壞須重新更換，一般情況下每年需維修費(fèi)用約15萬元。經(jīng)變頻調(diào)速改造后，有一半時(shí)間內(nèi)管道的水流速度降低，磨擦減少，管道和閥門的使用壽命大大延長，每年可降低維修費(fèi)用約1/3，即5萬元。 （3） 實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟起動功能，延長了電機(jī)壽命，大大減少了沖渣泵故障發(fā)生率。 （4） 提高了自動化水平，節(jié)約了大量工業(yè)用水。 由上述可知，綜合經(jīng)濟(jì)效益每年可達(dá)60多萬元，一年即可全部收回成本。 8 結(jié)論 通過對沖渣泵系統(tǒng)的變頻調(diào)速的技術(shù)改造，我廠使用了成都佳靈電氣制造有限公司制造的IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器，經(jīng)過較長時(shí)間的運(yùn)行檢驗(yàn)，證明該產(chǎn)品性能可靠、功能齊全、技術(shù)先進(jìn)，說明國內(nèi)自主開發(fā)的高壓變頻器在技術(shù)上已經(jīng)處于世界先進(jìn)水平。由于IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器無輸入輸出變壓器、體積小、性價(jià)比高、綜合性能好等方面均超過了國內(nèi)外其它產(chǎn)品，是新一代高性能高壓變頻產(chǎn)品的代表，為高壓變頻調(diào)速技術(shù)在我廠內(nèi)其它工序的技術(shù)改造提供了一條可行的途徑，在高壓變頻改造領(lǐng)域具有極大的推廣價(jià)值。 參考文獻(xiàn) [1] 吳加林. IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器[J]. 電工技術(shù)，2003,（2）. [2] 吳忠智，吳加林. 變頻器應(yīng)用手冊（第2版）[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.