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一、冶金行業電能質量治理解決方案

1、 冶金行業典型負載

電弧爐：電弧電阻的非線性和瞬變性會產生高次諧波；交流電爐運行時由于三相電弧不對稱，會產生負序電流；

精煉爐：與電弧爐相比,精煉爐的爐況比較平穩，不存在熔化期，有功及無功變化相對穩定，雖沒有電弧爐對電網影響大，但對供電質量及用電設備也存在很大的影響；

中頻爐：中頻爐是一種將工頻50HZ交流電轉變為中頻（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，再把直流電變為可調節的中頻電流，由于負荷變動小，效率高，無功波動較小；功率因數較高，但會產生大量的諧波。

2、 諧波對冶金行業危害

冶金企業的用電設備具有容量大，大部分為感性負荷,負荷沖擊大，起制動頻繁，快速性,，自動化程度高,，工作連續性等特點,，是用電的大戶。用電設備大量使用直流電動機和變流器驅動等非線性負載.。軋機,電弧爐等冶金設備使電網電壓發生波動和閃變，三相不平衡，電網功率因數低，線路損耗增加，諧波含量超標，已經嚴重危害電力系統的安全運行和電氣設備的安全經濟運行。

 4、利用SVG實現無功補償

提高冶金行業供電可靠性和電能質量的傳統做法是加設晶閘管投切電容、晶閘管控制電抗器和磁控電抗器等無功補償設備,并采用LC濾波器減小諧波畸變的影響,與傳統的無功補償裝置相比,SVG能夠實時動態補償，不會發生過補，欠補，可以穩定系統電壓。

5 、利用APF諧波及三相不平衡治理

冶金行業負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，會嚴重影響電力系統穩定性。針對冶金行業電網諧波現狀,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,一般而言,有源濾波器(受控電流源)與一個產生諧波的負荷并聯連接,該受控電流源產生與負荷的諧波電流大小相同相位相反的補償電流,以此來消除負荷產生的諧波對配電網的影響，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：

有源濾波器設計容量=運行電流*電流畸變率 

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

7、項目配置方案

說明： 采用濾波裝置投入使用后可以保證冶金行業的諧波電流下降幅度非常明顯，可以提高現場的功率因數，在容量足夠的情況下，現場的電流畸變率將會由23%下降至5%左右。

二、高壓變頻器在冶金鋼鐵行業的應用

在山西某鐵廠高爐鼓風機上的應用

摘  要：本文通過對山西某鐵廠高爐鼓風機電機改造；在改造過程中使用高壓變頻器啟動和調節電機，通過實際運行來分析高壓變頻器在高爐鼓風機電機上的應用特點和優勢。

1.引言

在國民經濟發展強勁拉動下，我國鋼鐵工業進入快速發展階段，這也帶動了高爐煉鐵產業的高速發展。我國煉鐵產業的現狀是集中度低高爐座數多(約有900多座)，大于1000 m3以上高爐約有110座。

高爐鼓風機是現代高爐的主要技術特征。提高風溫是增加噴煤量、降低焦比、降低生產成本的主要技術措施。近幾年，國內鋼鐵企業高爐的熱風溫度逐年升高了25℃，特別是新建設的一批大高爐（大于2000m3），熱風溫度均超過1200℃，達到了國際先進水平，如2002年后，首鋼技術改造或新建高爐的熱風溫度均實現高于1200℃的目標。還有就是通過對風量、風壓、鼓風濕度、富氧率、噴吹燃料 、風口面積和長度等參數的調節，來達到提高產量及高爐的利用系數目的，這就需要對送風制度進行更好的優化。因此對驅動高爐鼓風機的電機轉速要滿足調速范圍寬度大，響應迅速的要求，顯然通過傳統的風門調節時無法實現的上述要求的。國產高壓變頻器的研發設計水平的提高和制造技術的成熟，使優化高爐鼓風機的送風制度成為了可能。

2. 高爐煉鐵工藝介紹：

以煉鐵過程實質上是將鐵從自然狀態——礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。通常分為燒結和煉鐵兩段工序。燒結：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過程。煉鐵：高爐的冶煉過程主要目的是用鐵礦石經濟高效的得到溫度和成分合乎要求的液態生鐵。

煉鐵時在盡量低能量消耗的條件下，通過受控爐料及煤氣流的逆向運動，高效率的完成還原、造渣、傳熱及渣鐵反應等過程，得到化學成分與溫度較為理想的液態金屬產品。高爐生產是連續運行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續生產幾年到十幾年。生產時，從爐頂（一般爐頂是由料種和料斗組成，現代高爐是鐘閥爐頂和無料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風口吹進熱風（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，得到鐵，這個過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應煉出生鐵，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的石灰石等熔劑結合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導出，經除塵后，作為工業用煤氣，供應煉鋼或作為工業煤氣。

3.高爐鼓風機定義

高爐鼓風機定義：它是將一部分大氣匯集起來，并通過加壓提高空氣壓力形成具有一定壓力和流量的高爐鼓風機，再根據高爐的需要進行風壓、風量調節后將其輸送至高爐的一種動力機械。

作用是向高爐送風，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系統和料柱的阻損，并使高爐保持一定的爐頂壓力。

在整個冶煉過程中由于原料、燃料、操作等條件的變化。引起爐況經常改變，也就相應的要求供風參數也要變化，所有要求高爐鼓風機具有一定的穩定調節范圍和可靠的安全控制系統。

4.現場設備情況：

5.控制方案：

5.1系統主回路控制方案

高爐鼓風機是高爐最重要的動力設備，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力。高爐冶煉要求鼓風機能供給一定量的空氣，以保證燃燒一定的碳；其所需風量的大小不僅與爐容成正比，而且與高爐強化程度有關、一般按單位爐容2.1～2.5m3／min的風量配備。但實際上不少的高爐考慮到生產的發展，配備的風機能力都大于這一比例，因此一般采用入口風門（或靜葉調節）、出口放風閥進行風量、風壓控制，以及防止風機的喘振。

高爐鼓風機的由于風門的損耗、風機的效率低、放風損耗巨大，因此采用高壓變頻器改造的節能空間巨大。

高壓變頻器以其可靠性制造與技術、大量的穩定可靠的運行業績贏得廣大用戶的信任，有鑒于此次對旺莊鐵廠高爐鼓風機進行高壓變頻調速改造。改造方案如下：

                                                                             二拖三自動無擾切換方案

二拖三自動切換旁路柜是由12個高壓斷路器QF1、QF2、QF3、QF01、QF02、QF03、QF11、QF12、 QF21、QF22、QF31、QF32、2個高壓真空接觸器KM1、KM2和無擾卻換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作為軟啟動使用；另一臺作為備用機，無論那臺變頻器投入使用都能夠實現依次啟動電機M1、M2、M3。

6、冷卻方案：

由于高壓變頻器設備功率較大（6200Kw），4％的功率損耗主要以熱量形式散失在運行環境當中。如不能及時有效的解決變頻器室的工作環境溫度問題，將直接危及變頻器本體的運行安全；最終因為溫度過高變頻器過熱保護動作跳閘。

現場導電粉塵較大如果采用風道冷卻對變頻器屬于致命，會導致變頻器故障率提高幾倍；如采用空調冷卻對兩臺高爐鼓風機變頻器進行冷卻需要10P空調20臺左右耗電量較大；經過現場考察與用戶溝通，現場能夠提供32℃以下的冷卻水，最終采用了密閉式空水冷卻方法對現場變頻器進行冷卻處理。我方提供的水冷裝置安裝在室內，通過風道將變頻器運行過程中產生的熱量帶到水冷熱交換裝置降溫然后把涼風再送到室內，此種方式可有效防止出口側凝露被冷風帶入室內，可有效保證變頻器的安全穩定運行，同時當水冷裝置故障時，變頻器熱風能夠直接排至室外，保證變頻器能夠繼續穩定地工作并能把故障點遠傳DCS。我方提供的水冷裝置壽命≥5年。方案如下：

7、結束語

經過現場一年多的設備運行，設備運行良好初期的設備運行頻率在38HZ左右，滿負荷生產后設備運行在45HZ，并確實現了兩臺變頻器拖動三臺電機兩用一備運行。在兩臺常用鼓風機實現了互為備用，徹底解決了因變頻器故障引起生產停頓。用戶對我公司方案還是很滿意的。

高壓變頻器在煉鐵廠350高爐鼓風機的調速改造中應用是相當成功的。該系列變頻器的先進性、可靠性已得到用戶的認可。在其他業對于許多高壓大功率的輔機設備推廣和采用高壓變頻調速技術，不僅可以取得相當顯著的節能效果，而且也得到國家產業政策的支持。