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一、冶金行業(yè)電能質(zhì)量治理解決方案

1、 冶金行業(yè)典型負(fù)載

電弧爐：電弧電阻的非線性和瞬變性會(huì)產(chǎn)生高次諧波；交流電爐運(yùn)行時(shí)由于三相電弧不對(duì)稱，會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流；

精煉爐：與電弧爐相比,精煉爐的爐況比較平穩(wěn)，不存在熔化期，有功及無(wú)功變化相對(duì)穩(wěn)定，雖沒(méi)有電弧爐對(duì)電網(wǎng)影響大，但對(duì)供電質(zhì)量及用電設(shè)備也存在很大的影響；

中頻爐：中頻爐是一種將工頻50HZ交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l（300HZ以上至20HZ）的電源裝置，把三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的中頻電流，由于負(fù)荷變動(dòng)小，效率高，無(wú)功波動(dòng)較小；功率因數(shù)較高，但會(huì)產(chǎn)生大量的諧波。

2、 諧波對(duì)冶金行業(yè)危害

冶金企業(yè)的用電設(shè)備具有容量大，大部分為感性負(fù)荷,負(fù)荷沖擊大，起制動(dòng)頻繁，快速性,，自動(dòng)化程度高,，工作連續(xù)性等特點(diǎn),，是用電的大戶。用電設(shè)備大量使用直流電動(dòng)機(jī)和變流器驅(qū)動(dòng)等非線性負(fù)載.。軋機(jī),電弧爐等冶金設(shè)備使電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)和閃變，三相不平衡，電網(wǎng)功率因數(shù)低，線路損耗增加，諧波含量超標(biāo)，已經(jīng)嚴(yán)重危害電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和電氣設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

 4、利用SVG實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償

提高冶金行業(yè)供電可靠性和電能質(zhì)量的傳統(tǒng)做法是加設(shè)晶閘管投切電容、晶閘管控制電抗器和磁控電抗器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備,并采用LC濾波器減小諧波畸變的影響,與傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置相比,SVG能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，不會(huì)發(fā)生過(guò)補(bǔ)，欠補(bǔ)，可以穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。

5 、利用APF諧波及三相不平衡治理

冶金行業(yè)負(fù)載中含有變頻器和整流器，變頻器和整流器是典型的諧波源，會(huì)嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。針對(duì)冶金行業(yè)電網(wǎng)諧波現(xiàn)狀,治理諧波及三相不平衡的最佳解決方案是采用有源濾波技術(shù),一般而言,有源濾波器(受控電流源)與一個(gè)產(chǎn)生諧波的負(fù)荷并聯(lián)連接,該受控電流源產(chǎn)生與負(fù)荷的諧波電流大小相同相位相反的補(bǔ)償電流,以此來(lái)消除負(fù)荷產(chǎn)生的諧波對(duì)配電網(wǎng)的影響，治理三相不平衡的原理與治理諧波類似。

6、APF有源濾波器的選型：

有源濾波器設(shè)計(jì)容量=運(yùn)行電流*電流畸變率 

為了使補(bǔ)償效果更佳，一般留有裕量，因此一般在計(jì)算容量乘以1.2作為最后的配置容量。

7、項(xiàng)目配置方案

說(shuō)明： 采用濾波裝置投入使用后可以保證冶金行業(yè)的諧波電流下降幅度非常明顯，可以提高現(xiàn)場(chǎng)的功率因數(shù)，在容量足夠的情況下，現(xiàn)場(chǎng)的電流畸變率將會(huì)由23%下降至5%左右。

二、高壓變頻器在冶金鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用

在山西某鐵廠高爐鼓風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

摘  要：本文通過(guò)對(duì)山西某鐵廠高爐鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)改造；在改造過(guò)程中使用高壓變頻器啟動(dòng)和調(diào)節(jié)電機(jī)，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行來(lái)分析高壓變頻器在高爐鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)上的應(yīng)用特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

1.引言

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展強(qiáng)勁拉動(dòng)下，我國(guó)鋼鐵工業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段，這也帶動(dòng)了高爐煉鐵產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。我國(guó)煉鐵產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀是集中度低高爐座數(shù)多(約有900多座)，大于1000 m3以上高爐約有110座。

高爐鼓風(fēng)機(jī)是現(xiàn)代高爐的主要技術(shù)特征。提高風(fēng)溫是增加噴煤量、降低焦比、降低生產(chǎn)成本的主要技術(shù)措施。近幾年，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)高爐的熱風(fēng)溫度逐年升高了25℃，特別是新建設(shè)的一批大高爐（大于2000m3），熱風(fēng)溫度均超過(guò)1200℃，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，如2002年后，首鋼技術(shù)改造或新建高爐的熱風(fēng)溫度均實(shí)現(xiàn)高于1200℃的目標(biāo)。還有就是通過(guò)對(duì)風(fēng)量、風(fēng)壓、鼓風(fēng)濕度、富氧率、噴吹燃料 、風(fēng)口面積和長(zhǎng)度等參數(shù)的調(diào)節(jié)，來(lái)達(dá)到提高產(chǎn)量及高爐的利用系數(shù)目的，這就需要對(duì)送風(fēng)制度進(jìn)行更好的優(yōu)化。因此對(duì)驅(qū)動(dòng)高爐鼓風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速要滿足調(diào)速范圍寬度大，響應(yīng)迅速的要求，顯然通過(guò)傳統(tǒng)的風(fēng)門調(diào)節(jié)時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的上述要求的。國(guó)產(chǎn)高壓變頻器的研發(fā)設(shè)計(jì)水平的提高和制造技術(shù)的成熟，使優(yōu)化高爐鼓風(fēng)機(jī)的送風(fēng)制度成為了可能。

2. 高爐煉鐵工藝介紹：

以煉鐵過(guò)程實(shí)質(zhì)上是將鐵從自然狀態(tài)——礦石等含鐵化合物中還原出來(lái)的過(guò)程。通常分為燒結(jié)和煉鐵兩段工序。燒結(jié)：就是把鐵礦粉造塊，為高爐提供精料的一種方法，是利用鐵礦粉、熔劑、燃料及返礦按一定比例制成塊狀冶煉原料的一個(gè)過(guò)程。煉鐵：高爐的冶煉過(guò)程主要目的是用鐵礦石經(jīng)濟(jì)高效的得到溫度和成分合乎要求的液態(tài)生鐵。

煉鐵時(shí)在盡量低能量消耗的條件下，通過(guò)受控爐料及煤氣流的逆向運(yùn)動(dòng)，高效率的完成還原、造渣、傳熱及渣鐵反應(yīng)等過(guò)程，得到化學(xué)成分與溫度較為理想的液態(tài)金屬產(chǎn)品。高爐生產(chǎn)是連續(xù)運(yùn)行的。一代高爐（從開(kāi)爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。生產(chǎn)時(shí)，從爐頂（一般爐頂是由料種和料斗組成，現(xiàn)代高爐是鐘閥爐頂和無(wú)料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風(fēng)口吹進(jìn)熱風(fēng)（1000～1300攝氏度），吹入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來(lái)，得到鐵，這個(gè)過(guò)程叫做還原。鐵礦石通過(guò)還原反應(yīng)煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣，供應(yīng)煉鋼或作為工業(yè)煤氣。

3.高爐鼓風(fēng)機(jī)定義

高爐鼓風(fēng)機(jī)定義：它是將一部分大氣匯集起來(lái)，并通過(guò)加壓提高空氣壓力形成具有一定壓力和流量的高爐鼓風(fēng)機(jī)，再根據(jù)高爐的需要進(jìn)行風(fēng)壓、風(fēng)量調(diào)節(jié)后將其輸送至高爐的一種動(dòng)力機(jī)械。

作用是向高爐送風(fēng)，以保證高爐中燃燒的焦炭和噴吹的燃料所需的氧氣。還要有一定的壓力克服送風(fēng)系統(tǒng)和料柱的阻損，并使高爐保持一定的爐頂壓力。

在整個(gè)冶煉過(guò)程中由于原料、燃料、操作等條件的變化。引起爐況經(jīng)常改變，也就相應(yīng)的要求供風(fēng)參數(shù)也要變化，所有要求高爐鼓風(fēng)機(jī)具有一定的穩(wěn)定調(diào)節(jié)范圍和可靠的安全控制系統(tǒng)。

4.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況：

5.控制方案：

5.1系統(tǒng)主回路控制方案

高爐鼓風(fēng)機(jī)是高爐最重要的動(dòng)力設(shè)備，它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，而且提供克服高爐料柱阻力所需的氣體動(dòng)力。高爐冶煉要求鼓風(fēng)機(jī)能供給一定量的空氣，以保證燃燒一定的碳；其所需風(fēng)量的大小不僅與爐容成正比，而且與高爐強(qiáng)化程度有關(guān)、一般按單位爐容2.1～2.5m3／min的風(fēng)量配備。但實(shí)際上不少的高爐考慮到生產(chǎn)的發(fā)展，配備的風(fēng)機(jī)能力都大于這一比例，因此一般采用入口風(fēng)門（或靜葉調(diào)節(jié)）、出口放風(fēng)閥進(jìn)行風(fēng)量、風(fēng)壓控制，以及防止風(fēng)機(jī)的喘振。

高爐鼓風(fēng)機(jī)的由于風(fēng)門的損耗、風(fēng)機(jī)的效率低、放風(fēng)損耗巨大，因此采用高壓變頻器改造的節(jié)能空間巨大。

高壓變頻器以其可靠性制造與技術(shù)、大量的穩(wěn)定可靠的運(yùn)行業(yè)績(jī)贏得廣大用戶的信任，有鑒于此次對(duì)旺莊鐵廠高爐鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻調(diào)速改造。改造方案如下：

                                                                             二拖三自動(dòng)無(wú)擾切換方案

二拖三自動(dòng)切換旁路柜是由12個(gè)高壓斷路器QF1、QF2、QF3、QF01、QF02、QF03、QF11、QF12、 QF21、QF22、QF31、QF32、2個(gè)高壓真空接觸器KM1、KM2和無(wú)擾卻換L1、L2組成。

變頻器1和變頻器2在正常情況下只有其中一臺(tái)作為軟啟動(dòng)使用；另一臺(tái)作為備用機(jī)，無(wú)論那臺(tái)變頻器投入使用都能夠?qū)崿F(xiàn)依次啟動(dòng)電機(jī)M1、M2、M3。

6、冷卻方案：

由于高壓變頻器設(shè)備功率較大（6200Kw），4％的功率損耗主要以熱量形式散失在運(yùn)行環(huán)境當(dāng)中。如不能及時(shí)有效的解決變頻器室的工作環(huán)境溫度問(wèn)題，將直接危及變頻器本體的運(yùn)行安全；最終因?yàn)闇囟冗^(guò)高變頻器過(guò)熱保護(hù)動(dòng)作跳閘。

現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)電粉塵較大如果采用風(fēng)道冷卻對(duì)變頻器屬于致命，會(huì)導(dǎo)致變頻器故障率提高幾倍；如采用空調(diào)冷卻對(duì)兩臺(tái)高爐鼓風(fēng)機(jī)變頻器進(jìn)行冷卻需要10P空調(diào)20臺(tái)左右耗電量較大；經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察與用戶溝通，現(xiàn)場(chǎng)能夠提供32℃以下的冷卻水，最終采用了密閉式空水冷卻方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變頻器進(jìn)行冷卻處理。我方提供的水冷裝置安裝在室內(nèi)，通過(guò)風(fēng)道將變頻器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量帶到水冷熱交換裝置降溫然后把涼風(fēng)再送到室內(nèi)，此種方式可有效防止出口側(cè)凝露被冷風(fēng)帶入室內(nèi)，可有效保證變頻器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)當(dāng)水冷裝置故障時(shí)，變頻器熱風(fēng)能夠直接排至室外，保證變頻器能夠繼續(xù)穩(wěn)定地工作并能把故障點(diǎn)遠(yuǎn)傳DCS。我方提供的水冷裝置壽命≥5年。方案如下：

7、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)一年多的設(shè)備運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行良好初期的設(shè)備運(yùn)行頻率在38HZ左右，滿負(fù)荷生產(chǎn)后設(shè)備運(yùn)行在45HZ，并確實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)變頻器拖動(dòng)三臺(tái)電機(jī)兩用一備運(yùn)行。在兩臺(tái)常用鼓風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了互為備用，徹底解決了因變頻器故障引起生產(chǎn)停頓。用戶對(duì)我公司方案還是很滿意的。

高壓變頻器在煉鐵廠350高爐鼓風(fēng)機(jī)的調(diào)速改造中應(yīng)用是相當(dāng)成功的。該系列變頻器的先進(jìn)性、可靠性已得到用戶的認(rèn)可。在其他業(yè)對(duì)于許多高壓大功率的輔機(jī)設(shè)備推廣和采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，不僅可以取得相當(dāng)顯著的節(jié)能效果，而且也得到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的支持。